JP2023502640A - スパッタ堆積 - Google Patents

Abstract

基板を支持するように配置される、基板支持アセンブリと、基板へのターゲット材料のスパッタ堆積で用いる、少なくとも一つのスパッタターゲットを支持するように配置されるターゲット支持アセンブリと、前記スパッタ堆積のためのプラズマを供給するように配置されるプラズマ生成配列と、前記スパッタ堆積の後、堆積されたターゲット材料を有する基板を含むように配置される、カートリッジと、を具備するスパッタ堆積装置である。カートリッジは、スパッタ堆積装置から取り外し可能である。【選択図】図３ａ

Description

本発明は、蒸着に関し、より詳細には、ターゲット材料を基板にスパッタ蒸着する方法および装置に関する。

堆積とは、材料が基板上に堆積されるプロセスである。堆積の一例は、薄膜堆積であり、薄層（典型的には、ナノメ－トル付近から、又はナノメ－トルから数マイクロメ－トル又は数十マイクロメ－トルの数分の１まで）が、シリコンウェハ又はウェブのような基板上に堆積される。薄膜堆積のための一例として、物理蒸着（ＰＶＤ）がある。このＰＶＤでは、凝縮相中のターゲット材料が蒸気化されて蒸気が生成され、この蒸気が次に基板表面上に凝縮される。ＰＶＤの一例は、スパッタ蒸着であり、粒子は、イオンなどの高エネルギ－粒子による衝撃の結果、ターゲットから放出される。スパッタ蒸着の例では、アルゴンのような不活性ガスのようなスパッタガスが、低圧で真空チャンバ内に導入され、スパッタガスは、高エネルギ－電子を用いてイオン化され、プラズマが生成される。プラズマのイオンによるターゲットの衝撃は、ターゲット材料を放出し、次いで、それは、基板表面上に堆積し得る。スパッタ蒸着は、ターゲット材料を加熱する必要なしに蒸着することができ、これにより、次に、基板への熱損傷を低減または防止することができるという点で、蒸着などの他の薄膜蒸着方法に比べて利点がある。

基板は、汚染のリスクを低減するために、スパッタ蒸着を受ける前または受ける後に、乾燥ルームまたはクリーンルーム内に保管されてもよい。これにより、基板が取り扱いにくくなる可能性がある。
スパッタ蒸着の間、放出されたターゲット材料および／またはプラズマは、蒸着が行われるチャンバと相互作用するか、またはそれをコ－ティングしてもよい。これは、例えば、スパッタ蒸着プロセスがチャンバをクリ－ニングするために周期的に停止される場合、スパッタ蒸着プロセスの効率を低下させることができる。

本発明の第１の態様によれば、備えるスパッタ蒸着装置が提供される。
基板を支持するように配置された基板支持アセンブリ。
ターゲット材料の基板上へのスパッタ蒸着に使用するための少なくとも１つのスパッタターゲットを支持するように配置されたターゲット支持アセンブリ；
前記スパッタ蒸着のためのプラズマを提供するように構成されたプラズマ生成構成と、前記スパッタ蒸着後に、蒸着されたターゲット材料とともに前記基板を収容するように構成されたカートリッジであって、前記カートリッジは、前記スパッタ蒸着装置から取り外し可能であるカートリッジと、を備える、カートリッジ。

この構成により、堆積されたターゲット材料を有する基板は、基板が処理された後、スパッタ蒸着装置から、カートリッジ内で除去され得る。カートリッジは、基板を汚染から保護し、処理された基板を、他の方法よりも容易に取り扱いおよび／または保管することを可能にする。例えば、カートリッジは、クリーンルームまたはドライルーム内ではなく、従来の棚上に雰囲気に敏感な基板を保管するために使用されてもよい。

実施例では、カートリッジは、蒸着されたターゲット材料と共に基板の少なくとも一部を真空中に収容するように配置された真空チャンバを備える。これは、堆積されたターゲット材料と周囲の環境との間の相互作用によってさもなければ起こり得る、基板上の堆積されたターゲット材料の汚染及び／又は他の劣化をさらに減少させることができる。

実施例では、カートリッジは、ターゲット支持アセンブリおよび少なくとも１つのスパッタターゲットをさらに含む。このようにして、カートリッジは、スパッタ蒸着中に空乏化または変更されるスパッタ蒸着構成要素を含んでもよい。これにより、スパッタ蒸着を行う効率が向上する可能性がある。例えば、ターゲット材料を基板上に堆積させるために少なくとも１つのスパッタターゲットを使用した後、ターゲット支持アセンブリを備えるカートリッジは、少なくとも１つのスパッタターゲットおよびその上に堆積されたターゲット材料を備える基板が、スパッタ堆積装置から除去されてもよい。次いで、それ自体のターゲット支持アセンブリと、少なくとも１つのスパッタターゲットとを備える、さらなるカートリッジが、加工のために、スパッタ蒸着装置に挿入されてもよい。これは、スパッタ蒸着プロセスによって消耗された少なくとも１つのスパッタターゲットを、その後スパッタ蒸着を再開する前に補充するために、蒸着プロセスが停止される他のアプロ－チよりも、より効率的に実行することができる。これは、基板上への異なるターゲット材料のスパッタ蒸着における柔軟性をさらに提供する。例えば、基板上に堆積されるべきターゲット材料は、カートリッジを除去し、異なる材料を含む異なるスパッタターゲットを含む異なるカートリッジに置き換えることによって、直進的に変更されてもよい。

実施例では、プラズマ生成配置は、スパッタ蒸着装置の蒸着ゾ－ン内にプラズマを提供するように構成され、カートリッジは、蒸着ゾ－ンを含む。これにより、スパッタ蒸着をカートリッジ内で行うことができる。これにより、堆積ゾ－ン内のデブリ（少なくとも１つのスパッタターゲットおよび／またはプラズマのイオンから放出される材料など）と、デブリなどのスパッタ堆積装置との間の接触が、代わりにカートリッジ内に収容されてもよい。これは、スパッタ蒸着装置をクリ－ニングする必要性を低減または排除することができ、スパッタ蒸着を停止する必要がある場合がある。したがって、スパッタ蒸着の効率は改善され得る。これらの例では、プラズマ生成配置は、プラズマの生成および伝播のための電場および／または磁場を生成するように配置されてもよく、カートリッジのケーシングは、電場および／または磁場のための少なくとも部分的に透過する透過領域を備えてもよく、カートリッジの堆積ゾ－ン内でプラズマを生成する。この構成により、プラズマは、カートリッジの外側のスパッタ蒸着装置の一部内ではなく、カートリッジ内にあってもよい。プラズマとスパッタ蒸着装置との間の接触は、さらに低減されてもよく、これにより、スパッタ蒸着装置をクリ－ニングする必要性がさらに低減されてもよい。したがって、スパッタ蒸着の効率は増加し得る。カートリッジは、基板、基板支持アセンブリ、ターゲット支持アセンブリ、およびターゲット支持アセンブリによって支持される少なくとも１つのスパッタターゲットを含んでもよく、カートリッジは、スパッタ蒸着の間、真空下でシールされてもよい。このようなカートリッジでは、カートリッジは、スパッタ蒸着のための消耗品を含んでもよく、スパッタ蒸着の効率をさらに高めることができる。スパッタ蒸着中に真空下でカートリッジをシールすることによって、環境に敏感なターゲット材料の基板上への蒸着が、改善された品質で実行されてもよい。例えば、これは、ターゲット材料および／または基板と周囲環境との相互作用の速度を低下させ得る。

プラズマ生成構成が、カートリッジの堆積ゾ－ン内にプラズマを提供するように構成されるいくつかの例では、カートリッジは、プラズマのカートリッジの堆積ゾ－ンへの進入のための開口を含んでもよい。開口部は、密封可能であってもよい。これは、スパッタ蒸着のためのさらなる柔軟性を提供する。例えば、プラズマは、カートリッジの外部で生成されてもよく、その後、カートリッジに入ってもよい。プラズマ密度のようなプラズマの特性を制御することは、他の方法よりも、カートリッジの外側にプラズマを発生させることによって、より容易であり得る。したがって、これは、ターゲット材料の基板上へのスパッタ蒸着の制御を改善し得る。

実施例では、プラズマ生成配置は、スパッタ蒸着装置の蒸着ゾ－ン内でスパッタ蒸着のためのプラズマを提供するように構成され、蒸着ゾ－ンは、カートリッジの外側にある。これにより、例えば堆積ゾ－ンがカートリッジ内にある場合など、他の場合よりもコンパクトなカートリッジを提供することができる。したがって、カートリッジは、他の方法よりも効率的に貯蔵および／または輸送されてもよい。これらの例では、スパッタ蒸着装置は、その中に基板が配置された状態でカートリッジを受け入れるように配置されてもよく、スパッタ蒸着装置は、カートリッジから蒸着ゾ－ン内に基板の少なくとも一部分を運搬し、蒸着ゾ－ン内にスパッタ蒸着を提供し、スパッタ蒸着後、基板の少なくとも一部分をカートリッジ内に運搬するように配置された運搬アセンブリを備えてもよい。これにより、カートリッジのコンパクト性がさらに向上する可能性がある。例えば、輸送アセンブリを使用して、スパッタ蒸着装置内の蒸着ゾ－ン内および蒸着ゾ－ン外に基板を適切に供給することができ、これは、カートリッジ自体よりも大きくてもよい。これらの例では、スパッタ蒸着装置は、その中に少なくとも１つのスパッタターゲットが配置された状態でカートリッジを受け入れるように構成されてもよく、輸送アセンブリは、さらに、少なくとも１つのスパッタターゲットをカートリッジから蒸着ゾ－ン内に輸送して、蒸着ゾ－ン内での前記スパッタ蒸着を提供するように構成されてもよい。これは、少なくとも１つのスパッタターゲットを、処理される基板と共に設けることによって、スパッタ蒸着プロセスの効率を向上させることができる一方で、スパッタ蒸着装置内の蒸着ゾ－ンよりも小さくすることができるカートリッジのコンパクト性も向上させることができる。

実施例では、基板支持アセンブリは、前記スパッタ蒸着中に前記少なくとも１つのスパッタターゲットに対して前記基板を搬送するように配置されたコンベヤシステムを備える。コンベヤシステムは、基板が処理される速度に対する制御を改善することができ、したがって、ターゲット材料の基板上へのスパッタ蒸着に対する制御を改善することができる。コンベヤシステムは、静的基板支持体と比較して、ターゲット材料が基板上にスパッタ蒸着される速度を増加させてもよい。したがって、スパッタ蒸着の効率は改善され得る。

本発明の第２の態様によれば、スパッタ蒸着装置に挿入するためのカートリッジが提供され、該カートリッジは、基板スパッタ蒸着装置を使用して、ターゲット材料を基板上にスパッタ蒸着する際に使用するための少なくとも１つのスパッタターゲットと、前記スパッタ蒸着後に、蒸着されたターゲット材料で前記基板を保管するためのチャンバと、を備える。

このようなカートリッジは、堆積されたターゲット材料で基板を汚染から保護するために使用されてもよい。堆積されたターゲット材料を有する基板は、他の方法よりも容易に取り扱うこと及び／又は貯蔵することができる。例えば、カートリッジは、クリーンルームまたはドライルーム内ではなく、従来の棚上に雰囲気に敏感な基板を保管するために使用されてもよい。少なくとも１つのスパッタターゲットをカートリッジ内に含むことによって、スパッタ蒸着装置は、さもなければ、スパッタ蒸着をより効率的に行うことができる。例えば、ターゲット材料を基板上に堆積させるために少なくとも１つのスパッタターゲットを使用した後、ターゲット支持アセンブリを備えるカートリッジは、少なくとも１つのスパッタターゲットおよびその上に堆積されたターゲット材料を備える基板が、スパッタ堆積装置から除去されてもよい。次いで、それ自体のターゲット支持アセンブリと、少なくとも１つのスパッタターゲットとを備える、さらなるカートリッジが、加工のために、スパッタ蒸着装置に挿入されてもよい。これは、スパッタ蒸着プロセスによって消耗された少なくとも１つのスパッタターゲットを、その後スパッタ蒸着を再開する前に補充するために、蒸着プロセスが停止される他のアプロ－チよりも、より効率的に実行することができる。これは、基板上への異なるターゲット材料のスパッタ蒸着における柔軟性をさらに提供する。例えば、基板上に堆積されるべきターゲット材料は、カートリッジを除去し、異なる材料を含む異なるスパッタターゲットを含む異なるカートリッジに置き換えることによって、直進的に変更されてもよい。

いくつかの例では、チャンバは、真空の封じ込めのための密閉可能なチャンバである。これは、改良された品質で実行されるべき基板上への環境感受性ターゲット材料の堆積を可能にし得る。例えば、ターゲット材料および／または基板と周囲環境との望ましくない相互作用の速度を低減することができる。チャンバが密閉可能であるので、これはまた、柔軟性を提供する。カートリッジは、基板上へのターゲット材料の環境感受性スパッタ蒸着（例えば、チャンバが密閉され、真空下にある状態で）、または基板上への不活性または不活性ターゲット材料のスパッタ蒸着などの環境不感性スパッタ蒸着のために使用され得るからである。場合によっては、チャンバは真空チャンバであってもよく、このチャンバは、例えば、これらの構成要素が反応性である場合、チャンバ内の構成要素と周囲の環境との望ましくない相互作用をさらに低減し得る。

実施例では、チャンバは、基板と、前記スパッタ蒸着前後の少なくとも１つのスパッタターゲットとを備える。これは、スパッタ蒸着プロセスの効率をさらに向上させることができ、スパッタ蒸着プロセスは、スパッタ蒸着装置内へのカートリッジの挿入時に実行されてもよい。場合によっては、チャンバ－は、上記スパッタ蒸着中に基板および少なくとも１つのスパッタターゲットを備えることができ、これにより、スパッタ蒸着をカートリッジ内で行うことができる。これらの例では、チャンバは、前記スパッタ蒸着中に前記少なくとも１つのスパッタターゲットに対して前記基板を搬送するように配置されたコンベヤシステムを備えることができる。これは、基板が処理される速度に対する制御を改善することができ、したがって、ターゲット材料の基板上へのスパッタ蒸着に対する制御を改善することができる。コンベヤシステムは、静的基板支持体と比較して、ターゲット材料が基板上にスパッタ蒸着される速度を増加させてもよい。したがって、スパッタ蒸着の効率は改善され得る。コンベヤシステムは、ロ－ラを含んでもよい。このような場合、コンベアシステムは、「リール間」プロセス配置であってもよく、または、一部を形成してもよく、これは、基板を効率的な方法で処理してもよい。

実施例では、カートリッジは、スパッタ蒸着装置によって生成されたプラズマの進入のための開口を備える。開口部は、密封可能であってもよい。これは、スパッタ蒸着のためのさらなる柔軟性を提供する。例えば、プラズマは、カートリッジの外部で生成されてもよく、その後、カートリッジに入ってもよい。プラズマ密度のようなプラズマの特性を制御することは、他の方法よりも、カートリッジの外側にプラズマを発生させることによって、より容易であり得る。したがって、これは、ターゲット材料の基板上へのスパッタ蒸着の制御を改善し得る。

実施例において、カートリッジのケーシングは、電場および／またはスパッタ蒸着装置によって生成される磁場に対して少なくとも部分的に透過する、カートリッジ内のプラズマの生成のための透過領域を含む。これにより、堆積ゾ－ン内のデブリ（少なくとも１つのスパッタターゲットおよび／またはプラズマのイオンから放出される材料など）と、デブリなどのスパッタ堆積装置との間の接触が、代わりにカートリッジ内に収容されてもよい。これは、スパッタ蒸着装置をクリ－ニングする必要性を低減または排除することができ、スパッタ蒸着を停止する必要がある場合がある。したがって、スパッタ蒸着の効率は改善され得る。

実施例では、基板は可撓性であり、チャンバは、前記スパッタ蒸着後に、蒸着されたターゲット材料で基板を支持するリールを備える。これは、「リール間」プロセス配列を使用して、ターゲット材料の基板上へのスパッタ蒸着を容易にし得、これは、基板を効率的な方法で処理し得る。これは、追加的または代替的に、他の構成よりもコンパクトであり得る、基板を支持するための効率的な方法を提供してもよい。これらの例では、リールは、第２のリールであってもよく、カートリッジは、前記スパッタ蒸着前に基板を支持するための第１のリールを備えてもよい。これは、効率的な「リール間」蒸着プロセスの使用をさらに容易にし得る。

実施例では、カートリッジは、基板および／または少なくとも１つのスパッタターゲットをカートリッジから輸送するように配置された輸送アセンブリを備える。これにより、ターゲット材料がその上にスパッタ堆積された後、および／または少なくとも１つのターゲットの材料が空乏化された後に、基板および／または少なくとも１つのスパッタターゲットがカートリッジから容易に除去され得る。場合によっては、これにより、スパッタ蒸着がカートリッジの外部で発生することが可能になる。したがって、カートリッジは、スパッタ蒸着がカートリッジ内で行われる場合よりもコンパクトであってもよい。

例において、ターゲット材料は、エネルギ－蓄積装置の電極層又は電解質層のための材料を含む。したがって、これらの例では、カートリッジは、エネルギ－蓄積装置の製造のために使用されてもよい。

本発明の第３の態様によれば、備えるスパッタ蒸着装置が提供される。
スパッタ蒸着装置を用いてターゲット材料を基板上にスパッタ蒸着する際に使用するための基板および少なくとも１つのスパッタターゲットを含むカートリッジを支持するように構成されるカートリッジ支持組立体であって、該カートリッジがスパッタ蒸着装置から取り外し可能であるように構成されるカートリッジ支持組立体と、該スパッタ蒸着のためのプラズマを提供するように構成されるプラズマ発生装置と、を備える、カートリッジ支持組立体。

この構成により、堆積されたターゲット材料を有する基板は、基板が処理された後、スパッタ蒸着装置から、カートリッジ内で除去され得る。カートリッジは、基板を汚染から保護し、処理された基板を、他の方法よりも容易に取り扱いおよび／または保管することを可能にする。例えば、カートリッジは、クリーンルームまたはドライルーム内ではなく、従来の棚上に雰囲気に敏感な基板を保管するために使用されてもよい。第３の態様によるスパッタ蒸着装置は、このようなスパッタ蒸着プロセスを容易にすることができる。

実施例では、プラズマ生成配置は、スパッタ蒸着装置の蒸着ゾ－ン内で、該スパッタ蒸着のためのプラズマを提供するように配置され、ここで、カートリッジは、蒸着ゾ－ンを備える。これにより、スパッタ蒸着をカートリッジ内で行うことができる。これにより、堆積ゾ－ン内のデブリ（少なくとも１つのスパッタターゲットおよび／またはプラズマのイオンから放出される材料など）と、デブリなどのスパッタ堆積装置との間の接触が、代わりにカートリッジ内に収容されてもよい。これは、スパッタ蒸着装置をクリ－ニングする必要性を低減または排除することができ、スパッタ蒸着を停止する必要がある場合がある。したがって、スパッタ蒸着の効率は改善され得る。

実施例では、スパッタ蒸着装置は、基板の少なくとも一部分をカートリッジからスパッタ蒸着装置の蒸着ゾ－ンに輸送し、蒸着ゾ－ン内にスパッタ蒸着を提供するように構成され、蒸着ゾ－ンはカートリッジの外側にある輸送アセンブリと、スパッタ蒸着後、基板の少なくとも一部分をカートリッジ内に輸送するように構成された輸送アセンブリとを備える。これにより、例えば堆積ゾ－ンがカートリッジ内にある場合など、他の場合よりもコンパクトなカートリッジを提供することができる。したがって、カートリッジは、他の方法よりも効率的に貯蔵および／または輸送されてもよい。例えば、輸送アセンブリを使用して、スパッタ蒸着装置内の蒸着ゾ－ン内および蒸着ゾ－ン外に基板を適切に供給することができ、これは、カートリッジ自体よりも大きくてもよい。

輸送アセンブリは、さらに、少なくとも１つのスパッタターゲットをカートリッジから堆積ゾ－ン内に輸送し、堆積ゾ－ン内の前記スパッタ堆積を提供するように構成されてもよい。これは、少なくとも１つのスパッタターゲットを、処理される基板と共に設けることによって、スパッタ蒸着プロセスの効率を向上させることができる一方で、スパッタ蒸着装置内の蒸着ゾ－ンよりも小さくすることができるカートリッジのコンパクト性も向上させることができる。

さらなる特徴は、単なる例として与えられる以下の説明から明らかになる。これは、添付図面を参照してなされるものである。

ターゲット材料の基板上への堆積前の、実施例によるスパッタ堆積装置内への挿入のためのカートリッジの概略図である。 ターゲット材料の基板上への堆積中の図１ａのカートリッジの概略図である。 ターゲット材料の基板上への堆積後の図１ａおよび１ｂのカートリッジの概略図である。 ターゲット材料の基板上への堆積後の、さらなる実施例によるスパッタ堆積装置内への挿入のためのカートリッジの概略図である。 カートリッジが挿入された、実施例によるスパッタ蒸着装置の概略図である。 カートリッジが挿入されていない、図３ａに記載のスパッタ蒸着装置の概略図である。 カートリッジが挿入された、さらなる実施例によるスパッタ蒸着装置の概略図である。 カートリッジが内部に挿入されていない、図４ａによるスパッタ蒸着装置の概略図である。 さらに別の実施例によるスパッタ蒸着装置の概略図である。

実施例による装置及び方法の詳細は、図を参照しながら、以下の説明から明らかになるであろう。本説明では、説明を目的として、ある実施例の数多くの具体的な詳細が記載されている。仕様における「例」または類似の言語への言及は、例に関連して記載される特定の特徴、構造、または特徴が、少なくともその１つの例に含まれるが、必ずしも他の例には含まれないことを意味する。さらに、特定の例は、例の基礎となる概念の説明および理解を容易にするために、特定の特徴を省略するとともに、および／または必ずしも簡略化されて概略的に記載されることに留意されたい。

本明細書中の例は、ターゲット材料の基板上へのスパッタ蒸着の後に、蒸着されたターゲット材料を有する基板を収容するように構成されたカートリッジに関する。このようなカートリッジは、スパッタ蒸着後に基板を受け入れるためのスパッタ蒸着装置に挿入され、その後、スパッタ蒸着装置から除去されてもよい。カートリッジは、基板を汚染から保護し、容易に取り扱い、保管することができる。

カートリッジは、周囲の雰囲気に敏感であるか、または危険である基板（またはその一部）を保管するために使用されてもよい。例えば、基板の部分上にスパッタリング堆積されたターゲット材料の層は、層と接触する分子と反応し、層の表面特性に過度に影響を及ぼす可能性がある。しかし、基板をカートリッジ内に蓄積することによって、層がこのような分子と接触するのを防止することができる。カートリッジ内の環境条件は、より大きな空間よりも、より容易に制御され得る。例えば、圧力、温度、ガス組成などのカートリッジ内の条件は、基板の望ましくない劣化を回避または制限するように適合されてもよい。したがって、カートリッジは、クリーンルームまたはドライルーム内ではなく、従来の棚上に雰囲気に敏感な基板を保管するために使用されてもよい。さらに、カートリッジは、基板または基板上にスパッタ蒸着されたターゲット材料の層を損傷または劣化させる可能性のある汚染物質または大気条件に基板が接触することなく、その後の処理のために基板を所望の位置に輸送するために使用されてもよい。

場合によっては、ターゲット材料の基板へのスパッタ蒸着は、カートリッジ自体の内部で起こり得るが、カートリッジがスパッタ蒸着装置に挿入された状態で起こり得る。これは、ターゲット材料及び／又はプラズマとスパッタ蒸着装置との間の接触を減少させることができる。したがって、スパッタ蒸着装置は、より頻繁に清浄化されず、スパッタ蒸着の効率を向上させることができる。
カートリッジの例は、まず、このようなカートリッジが挿入され得るスパッタ蒸着装置の例を後に説明する前に説明される。本明細書に記載されるカートリッジおよびスパッタ蒸着装置は、光学コ－ティング、磁気記録媒体、電子半導体デバイス、発光ダイオ－ド（ＬＥＤ）、薄膜太陽電池などのエネルギ生成デバイス、および電池、例えば薄膜電池などのエネルギ蓄積デバイスの製造などの薄膜の蒸着に有用なものなど、広範な産業用途のためのプラズマベ－スのスパッタ蒸着に使用され得る。従って、本開示の文脈は、場合によっては、エネルギ－蓄積装置またはその一部の製造に関することがあるが、本明細書に記載される装置および方法は、その製造に限定されないことが理解されるであろう。

図１ａ～図１ｃ（総称して図１と称する）は、実施例による、スパッタ蒸着装置に挿入するためのカートリッジ１００を示す概略図である。図１ａは、スパッタ蒸着前のカートリッジ１００を示し、図１ｂは、スパッタ蒸着中のカートリッジ１００を示し、図１ｃは、スパッタ蒸着後のカートリッジを示す。

図１において、カートリッジ１００は、基板１０２と、スパッタ蒸着装置を使用して、ターゲット材料の基板１０２上へのスパッタ蒸着に使用される少なくとも１つのスパッタターゲット１０４と、チャンバ１０６とを含む。この場合のチャンバ１０６は、基板１０２と、ターゲット材料の基板上へのスパッタ蒸着の前後にある少なくとも１つのスパッタターゲット１０４とを含む。しかしながら、他の場合（図２の場合など）、チャンバは、スパッタ蒸着後に、蒸着されたターゲット材料とともに基板を格納するように配置されてもよい。このような場合、チャンバは、堆積前の基板も、少なくとも１つのスパッタターゲットも含む必要はない。

カートリッジ１００は、例えば、スパッタ蒸着後に基板を収容するための任意の適切な容器であり、スパッタ蒸着装置に挿入するように設計されている。例えば、カートリッジ１００は、スパッタ蒸着装置（基板１０２を含む）によって処理され、スパッタ蒸着プロセスによって空乏化またはその他の方法で変更され得る要素を含む。例えば、スパッタターゲットの材料は、スパッタ蒸着プロセスによって徐々に空乏化することができ、基板１０２は、ターゲット材料の層を基板１０２の表面に蒸着することによって変化させることができる。カートリッジ１００は、カセットと称されてもよい。図１のカートリッジ１００は、長方形の断面を有する立方形の形状である（図１に図示される）。この場合、カートリッジ１００は、立方形のシェルを有し、中空である。これは、単なる例であるが、カートリッジ１００は、他の例において他の形状を有してもよい。カートリッジ１００内の中空領域は、チャンバ１０６に対応し、この例では、カートリッジ１００のキャビティである。チャンバ１０６の少なくとも１つの壁は、カートリッジ１００の壁（シェル、ケーシングまたはハウジングと称され得る）であってもよい。これは、図１に示されており、この図において、カートリッジ１００のケーシングは、チャンバ１０６の周囲に対応する。他の場合には、チャンバは、例えば、カートリッジのケーシングの一部を形成しない少なくとも１つの壁を備える、カートリッジ１００内の別個のチャンバであってもよい。

チャンバ１０６は、真空を封じ込めるための密閉可能なチャンバであってもよい。例えば、チャンバ１０６内の圧力は、必要に応じて、チャンバ１０６内に真空状態を作り出すように、適切に調整されてもよい。次いで、チャンバは、所望の圧力を維持するためにシールされてもよい。

図１において、チャンバ１０６は真空チャンバであり、したがって、スパッタ蒸着前、スパッタ蒸着中、およびスパッタ蒸着後の真空条件下にある。これは、例えば、基板１０２とチャンバ１０６内のガスのような分子との間の反応による、チャンバ１０６内の基板１０２の汚染を低減することができる。本明細書で言及される真空は、必ずしも完全な真空ではなく、その代わりに、基板１０２と他の材料との間の望ましくない相互作用を回避するか、または少なくとも著しく減少させるのに十分低い圧力、またはスパッタ蒸着に適した圧力など、圧力が大気圧よりも低い環境を指すことが理解されるべきである。例えば、スパッタ蒸着に適した低圧は、３×１０^－３トル以下であってもよい。チャンバ１０６は、ポンピングシステム（図示せず）によって適切な圧力（例えば、１×１０^－５トル未満）まで排気されてもよく、使用時には、アルゴンまたは窒素などのプロセスまたはスパッタガスが、スパッタ蒸着に適した圧力が達成されるような程度に（例えば、３×１０^－３トル）ガス供給システム（図示せず）を使用してチャンバ１０６内に導入されてもよい。このような場合、基板１０２がチャンバ１０６内に装填される前またはその後にチャンバ１０６を真空にすることができる。

他の場合には、チャンバ１０６は、真空条件下になくてもよく、代わりに、例えば、大気圧であってもよい。真空またはその他の方法での使用は、基板１０２および基板１０２上に堆積されるターゲット材料に依存してもよい。例えば、場合によっては、基板１０２および／または基板１０２上に堆積されるターゲット材料が不活性であったり、周囲環境内の部品と反応しにくくなったりするため、真空が必要でなくてもよい。ターゲット材料は、例えば、スパッタ蒸着が非反応性スパッタ蒸着である場合、スパッタターゲットの材料であってもよいし、それを含んでいてもよい。しかし、他の場合には、ターゲット材料は、スパッタターゲット１０４から放出される材料と反応性ガスなどの反応性材料との間の反応または他の相互作用によって得ることができる。これらの場合、堆積は、反応性スパッタ堆積であると考えられ、ターゲット材料は、少なくとも１つのスパッタターゲットの材料から導出されてもよい。

図１の例では、基板１０２は、基板のウェブであるが、他の場合には、基板は、異なる形態であってもよい。例えば、基板のウェブは、可撓性または他の方法で曲げ可能または柔軟な基板を指す。このような基板は、例えば、ロール・ツー・ロ－ル供給システムの一部として、ロ－ラの周りの基板の曲げを可能にするのに十分に柔軟であり得る。他の場合には、しかしながら、基板は、比較的剛性または非可撓性であってもよい。このような場合には、基板を曲げることなく、又は実質的な量を基板を曲げることなく、コンベアシステムによって基板を搬送することができる。

基板１０２は、シリコンまたはポリマ－であってもよく、または含んでいてもよい。いくつかの例では、例えば、エネルギ－蓄積装置の製造のために、基板１０２は、ニッケルフォイルであってもよいし、それを含んでいてもよいが、アルミニウム、銅又は鋼のようなニッケルの代わりに、又はポリエチレンテレフタレ－ト上のアルミニウムのような金属化プラスチックを含む金属化材料の代わりに、任意の適切な金属を用いることができることが理解されよう。

基板１０２は、基板支持システムによって支持され、この場合、（図１ａに示されるように）スパッタ蒸着前に基板１０２を支持するための第１のリール１０８と（図１ｂおよび１ｃに示されるように）スパッタ蒸着後に基板１０２を支持するための第２のリール１１０とを含む。これは、単なる例であるが、他の場合には、基板１０２は、異なる形態の基板支持システムによって支持されてもよい。リールは、例えば、基板１０２が巻かれる円筒形要素であり、スプ－ルと称される場合がある。

チャンバ１０６はまた、コンベヤシステムを含み、この場合、基板支持システムの一部を形成する。コンベヤシステムは、スパッタ蒸着中に、少なくとも１つのスパッタターゲット１０４に対して基板１０２を搬送するように配置される。コンベアシステムは、ロ－ラのような湾曲部材を備えることができる。図１にこのような例を示す。図１において、コンベアシステムは、ドラム１１４と、基板１０２を第１リール１０８からドラム１１４上に供給又は他の方法で案内するように配置された第１のロ－ラ１１２と、基板１０２をドラム１１４から供給又は他の方法で案内し、第２のリール１１０上に案内するように配置された第２のロ－ラ１１６とを備える。この場合のコンベヤシステム１１０は、「リール・ツ－・リール」プロセス配置の一部を形成し、基板１０２は第１リール１０８から供給され、スパッタ蒸着を受け、次いで第２リール１１０上に供給されて、（図１ｃに示されるように）処理された基板の装填リールを形成する。

基板１０２の端部は、最初に、供給機構（図示せず）によって、第１リール１０８からコンベヤシステムに向かって、場合によっては、コンベヤシステムを通って案内されてもよい。供給機構は、例えば、基板１０２の端部をコンベアシステムを介して第２リール１１０上に案内する。次に、基板１０２のその後の移動は、コンベアシステムによって、例えば、第１リール１０８および第２リール１１０の回転に関連して行われ、第１リール１０８から基板１０２を徐々に移送し、第２リール１１０上に移送されてもよい。他の場合には、しかしながら、基板１０２の端部、又は基板１０２の端部に結合されたリ－ダ又は他の材料は、第２リール１１０によって少なくとも部分的に丸く巻かれているか又は支持されていてもよい。このような場合、カートリッジ１００は、供給機構を含んでいなくてもよい。代わりに、基板１０２は、コンベアシステムによって、そして第１リール１０８、１１０の回転によって、第１リール１０８から次第に巻き出され、第２リール１１０に巻き出されてもよい。

コンベヤシステムは、基板１０２を、少なくとも１つのスパッタターゲット１０４に対して搬送方向Ｄ（図１ｂに示す）に搬送するように配置され、例えば、少なくとも１つのターゲット１０４の材料を含むか、またはそれから得られるターゲット材料の、基板１０２上へのスパッタ蒸着を提供する。搬送方向Ｄは、第１リール１０８から第２リール１１０までの基板１０２の一般的な運動方向に対応するものとみなすことができ、これは、基板１０２の集合的な運動方向とみなすことができる。コンベヤシステムがロ－ラ（ドラム１１４など）を含む場合、搬送方向Ｄは、ロ－ラの回転方向に対応してもよく、ロ－ラの最上点に接線で取ることができる。このような場合、コンベアシステムは、基板１１４をロ－ラの回転軸（この場合、ドラム１１４）と直交する搬送方向Ｄに搬送するように配置されてもよい。

図１において、カートリッジ１００は、単なる例ではあるが、４つのスパッタターゲット１０４ａ～１０４ｄ（総称して、符号１０４で参照される）を含む。スパッタターゲット１０４は、互いに同じ材料を含んでもよく、または、スパッタターゲット１０４のうちの１つ以上が、スパッタターゲット１０４のうちの別の１つとは異なる材料を含んでもよい。

スパッタターゲット１０４は、１つまたは複数のターゲット支持アセンブリ１１８によって支持されている。いくつかの例では、ターゲット支持アセンブリ１１８は、スパッタターゲット１０４を支持または保持する少なくとも１つのプレ－トまたは他の支持構造を含んでもよい。図１では、スパッタターゲットごとに１つのターゲット支持アセンブリが存在する。しかしながらスパッタターゲットタ・ターゲットあたりのターゲット支持アセンブリが、より多くまたはより少なくてもよい。例えば、単一のターゲット支持アセンブリは、チャンバ内のすべてのスパッタターゲットなどの複数のスパッタターゲットを支持することができる。

基板１０２上に堆積されたターゲット材料は、スパッタターゲット１０４の材料、またはスパッタターゲット１０４の材料とさらなる材料との相互作用によって形成される材料であってもよいし、それを含んでもよい。いくつかの例では、ターゲット材料は、エネルギ－蓄積装置の電極層又は電解質層のための材料を含む。例えば、エネルギ－蓄積装置の製造のために、ターゲット材料は、酸化リチウムコバルト、リン酸鉄リチウムまたはアルカリ金属ポリサルファイド塩のようなリチウムイオンを蓄積するのに適した材料のような、エネルギ－蓄積装置のカソ－ド層のための前駆体材料であってもよいし、含んでいてもよく、あるいは含んでいてもよく、あるいは含んでもよい。加えて、または代替的に、ターゲット材料は、リチウム金属、グラファイト、シリコンまたはインジウム錫酸化物などのエネルギ－蓄積装置のアノ－ド層のための前駆体材料であってもよく、またはそれを含んでもよく、またはそれを含んでもよい。加えて、または代替的に、ターゲット材料は、イオン伝導性であるが、また電気絶縁体である、リン酸窒化リチウム（ＬｉＰＯＮ）などの材料などの、エネルギ－蓄積装置の電解質層のための前駆体材料であってもよく、または含んでもよく、または含んでもよい。例えば、スパッタターゲットのうちの少なくとも１つの材料は、スパッタ蒸着中にチャンバ１０６内に供給され得る、例えばガス（窒素ガスなど）との反応を介して、基板１０２上にＬｉＰＯＮを蒸着するための前駆体材料としてＬｉＰＯであってもよく、または、ＬｉＰＯを含んでもよい。

この場合のカートリッジ１００は、スパッタターゲット１０４および基板１０２を格納するために使用されてもよい。スパッタターゲット１０４は、大気条件に敏感であってもよい。例えば、スパッタターゲット１０４の材料は、空気中の特定の分子と反応し得るか、または、大気圧および温度で空気中に貯蔵された場合、望ましくない相転移を受け得る。例えば、いくつかの材料（リチウムを含むものなど）は、比較的低い昇華点を有する。したがって、このような材料は、（スパッタ蒸着のための）固相中に残留するのではなく、室温で昇華を受ける可能性がある。しかしながら、カートリッジ１００内の条件は、反応および／または相転移などの、カートリッジ１００内のスパッタターゲット１０４の材料の性質における望ましくない変化を回避または制限するように構成されてもよい。カートリッジ１００内の条件の制御は、全体としてのスパッタ蒸着装置の条件のような、より大きな空間内の環境条件を制御するよりも簡単であり得る。

カートリッジ１００が、エネルギ蓄積装置のために基板１０２上に層を堆積するために使用される場合、堆積層は、例えば、層の堆積に何らかの欠陥がある場合、短絡の危険性を有し得る。例えば、電解質層の堆積における欠陥は、カソ－ド層とアノ－ド層との間に短絡回路を生じさせ得る。表面積の大きい層の積層体では、セルの容量は大きい。そのため、短絡が発生すると、熱暴走事象が発生し、材料が自然発火する可能性がある。しかしながら、カートリッジ１００は、基板１０２上に層を堆積した後、欠陥が存在しても、層の積層の容量が熱暴走のリスクが低減されるほど十分に小さくなるように、十分に小さい表面積を有する基板１０２を格納してもよい。したがって、スパッタ蒸着プロセスの安全性が向上する可能性がある。

図１の例では、スパッタ蒸着は、外部ではなく、カートリッジ１００内（この場合、チャンバ１０６内）で生じる。したがって、カートリッジ１００は、スパッタ蒸着中に排出される材料を含み、それは、カートリッジ１００が挿入されるスパッタ蒸着装置を被覆するのではなく、カートリッジ１００内に留まり得る。したがって、これは、スパッタ蒸着装置を清浄化する必要性を回避または低減し、スパッタ蒸着装置の動作を停止させる必要性を低減することができる。これはスパッタ蒸着の効率を改善できる。

この場合、プラズマ１２０は、スパッタ蒸着の間（図１ｂに示されるように）、カートリッジ１００内に閉じ込められる。プラズマ１２０のイオンがスパッタターゲット１０４に衝撃を与え、材料がスパッタターゲット１０４から放出される。排出された材料は、基板１０２がコンベアシステムによって第１リール１０８から第２リール１１０に搬送されるときに、ターゲット材料として基板１０２の表面上に堆積されてもよい。他の場合には、放出された材料は、ターゲット材料として基板１０２の表面上に堆積する前に、ガスなどのさらなる材料と相互作用してもよい。プラズマ１２０は、スパッタ蒸着中にカートリッジ１００内で生成されてもよく、またはカートリッジ１００の外部で生成され、その後、カートリッジ１００内に閉じ込められてもよい。

この場合、カートリッジ１００は、スパッタ蒸着装置によって生成されるプラズマの進入のための開口１２２を備える。図１の例では、開口１２２は、ドアであり、例えば、カートリッジ１００への入口における移動可能なバリアである。他の場合には、しかしながら、開口は、孔または他の開口のような、異なる形態を有してもよい。このような開口は、シール可能であってもよい。例えば、開口のシールとは、所与の材料（プラズマ１２０など）がカートリッジ１００に入るまたは出るのを防止する方法で、開口を閉じることを言う。例えば、穴にストッパを充填するか、ドアを閉位置に移動させて、例えば適当なシ－ラント又は接着剤を用いてシールすることができる。カートリッジ１００のシールは、可逆的に行われ、カートリッジ１００を再開できるようにしてもよい。場合によっては、アパーチャ１２２は、アパーチャ１２２を介して、スパッタ蒸着後に、基板１０２をカートリッジ１００から取り外すことができるように構成されてもよい。他の場合には、カートリッジ１００は、さらなる開口または基板１０２がカートリッジ１００から除去され得る他の開口を含んでもよい。

実施例では、開口１２２は、スパッタ蒸着装置へのカートリッジ１００の挿入時または挿入後に開口される。アパーチャ１２２が開いた状態で、カートリッジ１００の遠隔で生成されたプラズマは、カートリッジ１００内の基板１０２上にターゲット材料をスパッタ堆積するために、カートリッジ１００内に入ることができ、カートリッジ内に閉じ込められる。スパッタ蒸着が停止した後、例えば、基板１０２が第１リール１０８から第２リール１１０に移送された後、アパーチャ１２２を閉じて密封することができる。したがって、これは、他の材料が続いてカートリッジ１００に入るのを妨げる可能性がある。例えば、開口１２２は、カートリッジ１００がスパッタ蒸着装置から放出される前に、閉鎖および／または密閉されてもよい。図１ａおよび図１ｃは、閉鎖位置におけるアパーチャ１２２を示し、図１ｂは、開放位置におけるアパーチャ１２２を示す。

アパーチャ１２２の閉鎖後、カートリッジ１００の圧力は、汚染を低減するために適切に調整されてもよい。例えば、カートリッジ１００（またはカートリッジ１００のチャンバ１０６）は、開口１２２の閉鎖後、およびスパッタ蒸着装置からカートリッジ１００を除去する前に真空排気されてもよい。したがって、カートリッジ１００は、スパッタ蒸着の間、真空下でシールされてもよい。次いで、アパーチャ１２２を再開して、例えば、さらなる処理のために、カートリッジ１００から基板１０２を除去してもよい。しかしながら、基板１０２は、スパッタ蒸着の直後にカートリッジ１００から除去されなくてもよい。その代わりに、基板１０２は、除去前にある期間、カートリッジ１００内に格納されてもよい。カートリッジ１００は、さらに、基板１０２を輸送するために使用されてもよい。例えば、基板１０２は、カートリッジ１００内の真空条件下で（カートリッジ１００のチャンバ１０６、またはカートリッジ１００自体が真空下に保持されている場合）、まっすぐ前方に輸送され得る。カートリッジ１００および／またはスパッタ蒸着装置は、スパッタ蒸着装置内にある間、またはスパッタ蒸着が発生する前後など、カートリッジ１００を加圧および／または減圧するために使用され得る適切なガス結合機構を含んでもよい。

図２は、さらなる実施例によるスパッタ蒸着装置に挿入するためのカートリッジ２００の概略図である。図１の対応する特徴に類似している図２の特徴には、同じ参照番号が付されているが、１００だけ増分されている。対応する記述を適用する。図２は、ターゲット材料の基板２０２上へのスパッタ蒸着後のカートリッジ２００を示す。
図２のカートリッジ２００は、図１のカートリッジ１００と同じであるが、ただし、図２のカートリッジ２００は、スパッタ蒸着後に基板２０２を蓄積するための別個のチャンバ２０６を含む。したがって、図２のカートリッジ２００の空洞１２４は、チャンバ２０６を含むが、チャンバ２０６は、空洞１２４の全体を満たさない。この場合、チャンバ２０６は、取り外し可能なチャンバであってもよく、これは、基板２０２（大型基板の一部または基板２０２全体であってもよい）が、スパッタ蒸着後、その中に格納された後に、カートリッジ２００から取り外されてもよい。

チャンバ２０６は、真空を封じ込めるための密閉可能なチャンバであってもよい。例えば、チャンバ２０６は、例えば、スパッタ蒸着後の基板２０２の進入のため、および／またはチャンバ２０６内の余剰ガスなどの不要な材料の除去のために、少なくとも１つの開口を有していてもよい。開口は、図１のカートリッジ１００の開口１２２と同じ、類似または異なるものであってもよい。開口は、例えば、基板２０２および／またはガスがチャンバ２０６に出入りすることを可能にするために、異なるサイズおよび／または形状を有することができる。例えば、ガスは、基板２０２がチャンバ２０６に入った後、スパッタ蒸着の後、チャンバ２０６から排気され、チャンバ２０６内に真空を生成してもよい。このようにして、基板２０２は、真空状態で貯蔵されてもよく、これは、例えば大気圧における層とガス分子との間の相互作用により、さもなければ起こり得る基板２０２上の堆積層の劣化を低減し得る。他の場合には、真空は、スパッタ蒸着前またはスパッタ蒸着中にチャンバ２０６内に生成されてもよい。チャンバ２０６内の条件は、カートリッジ２００の他の領域と異なってもよい。例えば、チャンバ２０６は、真空を含んでもよいが、カートリッジ２００の他の領域は、大気圧であってもよい。他の場合には、しかしながら、カートリッジ２００内の条件は均一であってもよい。例えば、カートリッジ２００（チャンバ２０６を含む）の空洞１２４は、真空下であってもよい。

図３ａは、実施例によるスパッタ蒸着装置１２６の概略図であり、その中にカートリッジ３００が挿入されている。図３ａのカートリッジ３００は、カートリッジ３００のケーシングが、開口１２２ではなく、透過領域１２８を含むことを除いて、図１のカートリッジ１００と同じである。図１のカートリッジ１００の対応する特徴に類似している図３ａのカートリッジ３００の特徴には、同じ参照番号が付されているが、２００だけ増分されており、対応する説明を適用すべきである。

図３ａのスパッタ蒸着装置１２６は、基板３０２上にターゲット材料をスパッタ蒸着するためのプラズマ３２０を提供するように配置されたプラズマ生成配置１３０を備える。プラズマ発生装置１３０は、適切な高周波電力が高周波電源システムによって駆動され得る１つまたは複数のアンテナを含んでもよい。このようにして、誘導結合プラズマ３２０は、プロセスまたはスパッタガスから生成されてもよい。この場合、プロセスまたはスパッタガスは、カートリッジ３００内であってもよい。例えば、カートリッジ３００は、例えば、チャンバ３０６内のカートリッジ３００内にプロセスまたはスパッタガスを提供するために、適切なガス供給システムを備えるか、またはそれに接続可能であってもよい。しかし、他の場合（図１の場合など）、プロセスまたはスパッタガスは、スパッタ蒸着装置１２６の他の領域内など、カートリッジの外側にあってもよい。このような場合のプラズマは、次いで、カートリッジの外部で生成され、次いで、例えば、開口を介して、カートリッジに入ることができる。このようにして、プラズマ生成装置１３０は、スパッタ堆積装置１２６の堆積ゾ－ン内にスパッタ堆積のためのプラズマ３２０を提供するように構成されてもよく、このスパッタ堆積ゾ－ンでは、スパッタターゲット３０４の材料を含む、またはそれ以外の方法で基板３０２上に誘導されたターゲット材料のスパッタ堆積が行われる。カートリッジ３００は、この場合、堆積ゾ－ンを備える。しかしながら、図４のもののような他の例では、堆積ゾ－ンは、カートリッジの外側であってもよい。

いくつかの例では、プラズマ３２０は、例えば１ＭＨｚ～１ＧＨｚの周波数、１ＭＨｚ～１００ＭＨｚの周波数、１０ＭＨｚ～４０ＭＨｚの周波数、または約１３．５６ＭＨｚまたはその倍数の周波数で、１つ以上のアンテナを通る高周波電流を駆動することによって生成されてもよい。高周波電力は、プロセスまたはスパッタガスのイオン化を引き起こし、プラズマ３２０を生成する。
プラズマ発生配置１３０の１つ以上のアンテナは、細長いアンテナであってもよく、このアンテナは、スパッタ蒸着中に基板３０２が搬送される搬送方向Ｄに対して垂直に細長いものであってもよい。このような場合、細長いアンテナは、スパッタ蒸着中に、スパッタターゲット３０４に対して基板３０２を搬送するために使用されるドラム３１４の回転軸に平行な方向に延在してもよい。場合によっては、アンテナは、直線状であってもよく、他の場合には、アンテナは、湾曲していてもよい。例えば、アンテナは、半月形であってもよい。

図３ａの例では、プラズマ発生配置１３０は、カートリッジ３００の片側に位置し、カートリッジ３００は、スパッタ蒸着装置１２６内に挿入される。他の例では、プラズマ生成構成は、例えば、カートリッジ３００の反対側に、互いに横方向に配置される少なくとも２つのアンテナを含んでもよい。例えば、そのようなアンテナは、それぞれに対して平行に延びてもよい。これは、例えば、カートリッジ３００の近傍のプラズマ３２０の正確な生成を可能にする。

図３のものなどの実施例におけるスパッタ蒸着装置１２６は、閉じ込め配置（図示せず）をさらに含んでもよい。閉じ込め構造は、使用中の基板３０２上へのターゲット材料のスパッタ蒸着を提供するために、プラズマ３２０を適切な領域に少なくとも部分的に閉じ込めるための閉じ込め磁場を提供するように構成された１つまたは複数の磁気要素を含んでもよい。例えば、閉じ込め構成は、プラズマがカートリッジの外部で生成され、その後、カートリッジ内にある実施例において、プラズマをカートリッジ内に少なくとも部分的に閉じ込めるために使用されてもよい。

図３ａにおいて、スパッタ蒸着装置１２６は、カートリッジ３００がスパッタ蒸着装置１２６に挿入されたときに、カートリッジ３００を含む。カートリッジ３００は、基板３０２上にターゲット材料をスパッタ蒸着した後に、蒸着されたターゲット材料とともに基板３０２を収容するように構成される。カートリッジ３００は、スパッタ蒸着装置１２６から取り外し可能である。カートリッジ３００は、例えば、取り外し可能であることは、スパッタ蒸着装置を損傷することなく、スパッタ蒸着装置１２６からカートリッジ３００を排出または別様に取り出すことができることを意味する。例えば、スパッタ蒸着装置１２６は、スパッタ蒸着装置１２６からカートリッジ３００を射出する射出機構を含んでもよい。

この場合、カートリッジ３００のケーシングは、カートリッジ３００内のプラズマ３２０の生成のために、電場および／またはスパッタ蒸着装置１２６によって生成および伝播される磁場に対して少なくとも部分的に透過性である透過領域１２８を含む。透過領域１２８は、例えば、石英を含むか、又は石英で形成される。この場合、電場および／または磁場は、プラズマ３２０の生成のために、プラズマ生成配置１３０によって生成および伝搬されてもよい。プラズマ発生配置１３０は、この場合、カートリッジ３００の外側にある。しかしながら、電場および／または磁場は、透過領域１２８を介して、カートリッジ３００内を伝搬してもよい。このようにして、プラズマ３２０は、カートリッジ３００内で生成されてもよく、その中で、基板３０２上へのターゲット材料のスパッタ蒸着が生じる、カートリッジ３００の蒸着ゾ－ンと考えられ得るものの中である。

このような例では、ガス（空気など）は、スパッタ蒸着前に、場合によっては、基板３０２をカートリッジ３００に装填する前に、カートリッジ３００から排出されてもよい。しかし、スパッタ蒸着の間、アルゴンまたは窒素などの適切なプロセスまたはスパッタガスが、カートリッジ３００内のプラズマ３２０の生成のために、カートリッジ３００内にポンプ圧送されてもよい。例えば、窒素、酸素、アンモニア、酸化窒素および／またはヘリウムのような反応性ガスが、適切な入口を介してカートリッジ３００に入り、プラズマ３２０によってスパッタターゲット３０４から放出される材料と相互作用して、ターゲット材料の基板３０２上への反応性堆積を実行してもよい。反応性堆積の間、少なくとも１つの非反応性ガス（アルゴンなど）も、カートリッジ３００に注入され得る。反応性蒸着では、蒸着ゾ－ンに注入され得る（この場合、カートリッジ３００内にある）蒸着ゾ－ン内のガスは、スパッタターゲット３０４の放出材料と化学的に反応し得る１つ以上の化学元素および／または分子を含んでもよい。その結果、放出された材料および反応性ガスの元素および／または分子は化学的に反応し、ターゲット材料として基板３０２上に堆積するための１つ以上の材料を生じ得る。

この例では、透過領域１２８は、カートリッジ３００のケーシングの全て未満にわたって延在する。例えば、透過領域１２８は、カートリッジ３００の側部の透過窓であると考えられ得る。他の場合では、しかしながら、カートリッジ３００のケーシングの全体または大部分は、そのような電場および／または磁場に対して透過性であってもよい。

図３ａのスパッタ蒸着装置１２６は、さらに、基板３０２を支持するように配置された基板支持アセンブリと、ターゲット材料の基板３０２上へのスパッタ蒸着に使用するために、少なくとも１つのスパッタターゲット３０４を支持するように配置されたターゲット支持アセンブリ３１８とを含む。図３ａのターゲット支持アセンブリ３１８は、電極１３２に電気的に接続され（図３ａの破線で概略的に示す）、この電極を介して、スパッタターゲット３０４に関連する電磁石に電圧を印加することができる。電磁石に印加される電圧は、適切なコントロ－ラ１３４によって制御される。そのような制御装置１３４は、電磁石を流れる電流を制御するように配置されたマイクロプロセッサのようなプロセッサを含んでもよく、これは、次に、電磁石によって与えられる磁場強度を制御する。磁場の制御に関する本明細書の参照は、磁場強度を含む、磁場の任意の特徴の制御を指すとみなされてもよい。

電磁石は、ターゲットごとのバイアスを提供するように制御されてもよく、異なるそれぞれのスパッタターゲットに関連する磁場を制御することが可能になり、例えば、必要に応じて、異なるスパッタターゲットに隣接する領域にプラズマ３２０を閉じ込めることが可能になる。異なるスパッタターゲットに関連する磁場を制御することによって、異なるスパッタターゲットの材料の堆積を、次に、例えば、１つのスパッタターゲットの材料を別のスパッタターゲットよりも多量に堆積させるように、または別のスパッタターゲットから導出するように制御することができる。

この例では、カートリッジ３００自体は、基板支持アセンブリを含み、基板支持アセンブリは、第１リール３０８および第２リール３１０、第１ロ－ラおよび第２ロ－ラ３１２、３１６、およびドラム３１４を備える。また、カートリッジ３００は、ターゲット支持アセンブリ３１８と、ターゲット支持アセンブリ３１８によって支持される少なくとも１つのスパッタターゲット３０４とを含む。しかしながら、他の場合には、カートリッジの外部のスパッタ蒸着装置の領域は、基板支持アセンブリおよび／またはターゲット支持アセンブリを含んでもよい。図１を参照して説明したように、基板支持アセンブリは、スパッタ蒸着中に、少なくとも１つのスパッタターゲット３０４に対して基板を搬送するように配置されたコンベヤシステムを含んでもよい。

図３ａの例では、基板３０２は、スパッタ蒸着プロセス全体を通してカートリッジ３００内にある。このような例では、カートリッジ３００は、スパッタ蒸着の間、真空下でシールされてもよい。これは、スパッタ蒸着中に放出される材料またはプラズマ３２０自体によるスパッタ蒸着装置１２６の汚染をさらに低減することができる。

基板３０２を第１リール３０８から第２リール３１０に移し替えた後、スパッタ蒸着処理を停止してもよい。例えば、プラズマ生成配置１３０は、オフにされてもよい。次いで、カートリッジ３００は、スパッタ蒸着装置１２６から除去され、次いで、さらなる処理のために移送されてもよく、または保管されてもよい。スパッタ蒸着装置１２６からカートリッジ３００を除去した後、図３ａのカートリッジ３００と同様であってもよい、さらなるカートリッジをスパッタ蒸着装置１２６に挿入してもよい。次いで、スパッタ蒸着プロセスは、さらなるカートリッジを使用して、再度実行されてもよい。このプロセスは、それぞれ異なるそれぞれのカートリッジに格納された複数の基板上にターゲット材料を堆積させるために、繰り返し実行されてもよい。スパッタ蒸着装置１２６は、１つのカートリッジの除去と後続のカートリッジの挿入との間に洗浄することができる。しかしながら、スパッタ堆積装置１２６は、カートリッジ３００がスパッタ堆積プロセスの汚染成分（スパッタターゲット３０４、およびプラズマ３２０から放出される材料など）とスパッタ堆積装置１２６の素子（スパッタ堆積装置１２６のハウジング、プラズマ生成装置１３０、スパッタターゲットバイアスまたはプラズマ生成を制御するための電子回路、コントロ－ラ１３４および電極１３２など、および／またはプラズマを閉じ込めるための磁気素子など）との間の接触を制限することがあるため、カートリッジを備えていないスパッタ堆積装置よりも頻度が低い場合がある。

基板３０２上にターゲット材料をスパッタ蒸着した後、およびスパッタ蒸着装置１２６からその上にターゲット材料を蒸着した基板３０２を収容するカートリッジ３００を除去した後、その後、基板３０２をカートリッジ３００から除去することができる。例えば、基板３０２は、除去され、その後、エネルギ－蓄積装置に組み込まれてもよい。次いで、カートリッジ３００は、補給プロセスを経てもよく、補給プロセスでは、ターゲット材料が堆積される新しい基板が、第１リール３０８上に搭載される。スパッタターゲット３０４のうちの少なくとも１つが空乏化または消耗している場合、少なくとも１つのスパッタターゲットを、補給されたスパッタターゲットと置き換えてもよい。場合によっては、スパッタターゲットのうちの少なくとも１つを、異なる材料を含むスパッタターゲットと置き換えて、カートリッジ３００を、異なるターゲット材料の基板上への堆積のために再利用することができるようにしてもよい。少なくとも１つのスパッタターゲットの補給は、スパッタターゲットが大気条件に敏感である場合、例えば、スパッタターゲットがリチウムを含む場合、真空条件下で行うことができる。このような補給プロセスの間、カートリッジ３００の内部は、前回のスパッタ蒸着プロセスから破片を除去するためにクリ－ニングされてもよい。しかしながら、これは、スパッタ蒸着装置１２６が別のカートリッジを処理するために使用されている間に実行することができ、これは、スパッタ蒸着プロセスが他の方法よりも効率的に継続することができることを意味する。

他の場合には、カートリッジ３００内のスパッタターゲット３０４のうちの少なくとも１つは、基板３０２を交換または除去することなく、置換されてもよい。例えば、最初は、カートリッジ３００は、アノ－ド層を基板３０２上に堆積するのに適したスパッタターゲットを含んでもよい。基板３０２上に陽極層を堆積した後、次いで、スパッタターゲット３０４のうちの少なくとも１つを、電解質層のための材料を含むさらなるスパッタターゲットと置き換えてもよい。次いで、カートリッジ３００をスパッタ蒸着装置１２６に再挿入し、電解質層を陽極層上に堆積させてもよい。次いで、同様のプロセスを行って、電解質層上にカソ－ド層を堆積させて、固体電池のようなエネルギ－蓄積装置のための層の積み重ねを生成することができる。このような場合、基板３０２上への陽極層の堆積中に、基板３０２を第１リール３０８から第２リール３１０に転写することができる。続いて、基板３０２の搬送方向Ｄを逆にしてもよく、電解質層の陽極層への堆積中に、基板３０２を第２リール３１０から第１リール３０８に戻して転写してもよい。カソ－ド層の電解質層への堆積中に、基板を第１リール３０８から第２リール３１０に転写するために、搬送方向Ｄを再び反転させてもよい。ただし、これは単なる例である。それ以外の場合は、搬送方向が変わらない場合がある。このような場合には、基板３０２は、各層の堆積後に第２リール３１０から第１リール３０８に戻って転写されてもよい。

図３ａの例では、カートリッジ３００のケーシングは、透過領域１２８を含む。しかしながら、図３ａのものと同様のスパッタ蒸着装置を、図１および２のカートリッジ１００、２００とともに使用してもよく、それは、透過領域１２８ではなく、カートリッジの蒸着ゾ－ンへのプラズマの進入のための開口１２２を含む。このような場合には、スパッタ蒸着プロセスの間、スパッタ蒸着装置内にカートリッジを挿入した後、およびカートリッジの開口１２２が開く前に、スパッタ蒸着装置１２６内に真空が生成されてもよい。基板上にターゲット材料を堆積した後、次いで、カートリッジの開口１２２を閉じ、次いで、スパッタ堆積装置を大気圧に戻してもよい。次いで、カートリッジをスパッタ蒸着装置から取り外してもよい。プラズマ３２０がカートリッジ３００の外側ではなくカートリッジ３００内で生成されるため、カートリッジ３００とともに使用されるが、その必要はない場合には、図３ａのスパッタ蒸着装置１２６内に真空が生成されてもよい。

図３ｂは、カートリッジが挿入されていない図３ａのスパッタ蒸着装置１２６を概略的に示す。スパッタ蒸着装置１２６は、カートリッジがスパッタ蒸着装置１２６から取り外し可能であるように、上述したカートリッジのようなカートリッジを支持するように配置されたカートリッジ支持アセンブリ１３６を含む。例えば、カートリッジは、基板と、基板上のターゲット材料のスパッタ蒸着に使用するための少なくとも１つのスパッタターゲットとを含んでもよい。スパッタ蒸着装置１２６は、さらに、プラズマ発生装置１３０を含み、ターゲット材料を基板上にスパッタ蒸着するためのプラズマを提供する。

図３ｂの例では、スパッタ蒸着装置１２６は、スパッタターゲットに対して基板を搬送するように、カートリッジ３００のコンベヤシステム（一旦スパッタ蒸着装置１２６に挿入される）を駆動する駆動機構をさらに含む。この例では、駆動機構は、駆動ロ－ラ１３８ａ～１３８ｅを含み、これら駆動ロ－ラは、第１リール１０８、第１ロ－ラ１１２、ドラム１１４、第２ロ－ラ１１６および第２リール１１０とそれぞれ係合して、カートリッジ３００のリール、ロ－ラおよびドラムを回動させる。例えば、駆動ロ－ラ－は、カートリッジ３００のリール、ロ－ラ－、およびドラムよりも小さな直径を有してもよく、その結果、駆動ロ－ラ－は、例えば適切な歯を介して、カートリッジ３００のリール、ロ－ラ－、およびドラム内に適合し、それらと嵌合する。駆動ロ－ラ１３８ａ～１３８ｅのうちの１つ以上は、使用時にカートリッジ３００のリール、ロ－ラおよび／またはドラムが回転する軸として機能する例えばロッドまたはピンであるスピンドルであってもよい。

図３ａおよび３ｂのスパッタ蒸着装置１２６では、スパッタ蒸着がカートリッジ３００内で生じる。図４ａおよび４ｂは、スパッタ蒸着装置４２６のさらなる例の概略図であって、スパッタ蒸着は、カートリッジ内ではなく、カートリッジの外部で生じる。図３ａおよび３ｂのスパッタ蒸着装置１２６の対応する特徴に類似している図４ａおよび４ｂのスパッタ蒸着装置４２６の特徴には、同じ参照番号が付されているが、先頭にはａ４が付されている。対応する記述を適用する。

スパッタ蒸着装置４２６は、スパッタ蒸着中にカートリッジ４００が挿入された状態で、図４ａに示される。スパッタ蒸着装置４２６は、平面図で図４ａおよび図４ｂに示されているが、図３ａおよび図３ｂは、異なるスパッタ蒸着装置１２６を断面図で示している。

図４ａにおいて、カートリッジ４００は、スパッタ蒸着装置４２６内にカートリッジ４００を挿入する前の基板４０２を含む。基板４０２は、第１のリール４０８から、およびカートリッジ４００から、スパッタ蒸着装置４２６の蒸着ゾ－ン内に、次第に巻き解かれ、スパッタ蒸着が生じる。この場合、スパッタ堆積装置４２６は、プラズマ生成装置４３０を含み、これは、堆積ゾ－ン内の基板４０２の少なくとも一部分上に、スパッタターゲット４０４の材料を含むか、または他の方法で誘導されたターゲット材料のスパッタ堆積を提供するように構成される。堆積ゾ－ンは、この場合、カートリッジ４００の外側にある。

基板４０２上にターゲット材料をスパッタ蒸着した後、基板４０２は、カートリッジ４００内に巻き戻され、第２のリール４１０上に巻き戻される。次いで、基板４０２の処理後、カートリッジ４００は、処理された基板４０２が内部にある状態でシールされてもよい。カートリッジ４００は、場合によっては、真空下でシールされてもよい。次いで、カートリッジ４００は、スパッタ蒸着装置４２６から除去されてもよい。

例えば、このような例では、スパッタ蒸着装置４２６は、基板４０２が内部に配置された状態でカートリッジ４００を受け入れるように配置されてもよく、基板４０２の少なくとも一部をカートリッジ４００から蒸着ゾ－ン内に輸送し、蒸着ゾ－ン内（この場合、カートリッジ４００の外側である）にスパッタ蒸着を提供するための輸送アセンブリ１４０を備えてもよい。輸送アセンブリ１４０は、スパッタ蒸着後、およびその上に蒸着されたターゲット材料とともに、基板４０２の少なくとも一部をカートリッジ４００内に輸送するようにさらに配置される。図４ａおよび図４ｂの例では、搬送アセンブリ１４０は、複数のロ－ラ１４０ａ～１４０ｇ（総称して、搬送アセンブリ１４０と呼ぶ）を備える。ただし、これはあくまでも一例である。

したがって、これらの例におけるカートリッジ４００は、少なくとも１つの適切な開口部を含み、基板４０２がカートリッジ４００から出て、続いて、カートリッジ４００に再び入ることを可能にしてもよい。

図４ｂは、その中にカートリッジが挿入されていない、図４ａのスパッタ蒸着装置４２６を示す。図４ｂのスパッタ蒸着装置４２６は、カートリッジ支持アセンブリ４３６と、搬送アセンブリ１４０を駆動する駆動機構４３８とを含む。また、駆動機構４３８は、この場合にも第１リール４０８、第２リール４１０を駆動する。しかし、他の場合には、第１および／または第２のリール４０８、４１０は、別々に駆動されてもよい。

図４ａおよび４ｂの例では、ターゲット支持アセンブリ４０４およびスパッタターゲット４０４は、カートリッジ４００の外側として示されている。ターゲット支持アセンブリ４０４および／またはスパッタターゲット４０４は、カートリッジ４００がスパッタ蒸着装置４２６に挿入される前であっても、カートリッジ４００の外側にあってもよい。しかし、他の場合には、ターゲット支持アセンブリ４０４および／またはスパッタターゲット４０４は、スパッタ蒸着装置４２６へのカートリッジ４００の挿入時にカートリッジ４００内にあってもよい。次いで、ターゲット支持アセンブリ４０４および／またはスパッタターゲット４０４を、カートリッジ４００から、およびスパッタ蒸着装置４２６の異なる部分に輸送してもよい。図５は、このような例を模式的に示す。図４の対応する特徴に類似している図５の特徴には、同じ参照番号が付されているが、先頭に５が付されている。対応する記述を適用する。

図５のスパッタ蒸着装置５２６は、スパッタ蒸着の開始前に示される。この例では、スパッタ蒸着装置５２６は、少なくとも１つのスパッタターゲット５０４がその中に配置された状態でカートリッジ５００を受け入れるように配置される。スパッタ蒸着装置５２６は、さらに、少なくとも１つのスパッタターゲット５０４をカートリッジ５００から蒸着ゾ－ン内に輸送し、（カートリッジ５００の外側にある）蒸着ゾ－ン内にスパッタ蒸着を提供するように構成された輸送アセンブリ１４２を備える。輸送アセンブリ１４２は、基板５０２をカートリッジ５００から搬送するように構成される輸送アセンブリ５４０とは別個のアセンブリであってもよく、または同じ輸送アセンブリの一部を形成してもよい。輸送アセンブリ１４２は、図５に概略的に示されているが、任意の適切な形態をとってもよい。例えば、搬送アセンブリ１４２は、少なくとも１つのさらなるロ－ラを含んでもよい。

図５において、少なくとも１つのスパッタターゲット５０４は、カートリッジ５００から、ターゲット支持アセンブリ５１８上に輸送される。しかしながら、他の例では、カートリッジ５００は、少なくとも１つのスパッタターゲット５０４およびターゲット支持アセンブリ５１８の両方を含んでもよい。そのような場合、少なくとも１つのスパッタターゲット５０４およびターゲット支持アセンブリ５１８は、いずれもカートリッジ５００から輸送されてもよい。

少なくとも１つのスパッタターゲット５０４がカートリッジ５００から搬出された後、図５のスパッタ蒸着装置５２６は、図４のスパッタ蒸着装置４２６と同様に配置される。したがって、スパッタ蒸着は、図４に従って記載されるように発生し得る。

スパッタ蒸着が終了した後、少なくとも１つのスパッタターゲット５０４および／またはターゲット支持アセンブリ５１８を、例えば輸送アセンブリ１４２によってカートリッジ５００内に戻して輸送することができ、またはスパッタ蒸着装置５２６内に残ることができる。したがって、これらの例におけるカートリッジ５００は、少なくとも１つのスパッタターゲット５０４および／またはターゲット支持アセンブリ５１８がカートリッジ５００から出て、続いてカートリッジ５００に再び入ることを可能にし（少なくとも１つのスパッタターゲット５０４および／またはターゲット支持アセンブリ５１８がカートリッジ５００に再び入ることが望まれる場合）、少なくとも１つの適切な開口を含んでもよい。

上記の例は、例示的な例として理解されるべきである。さらなる例が想定される。例えば、図１乃至図３では、カートリッジは、第１および第２のロ－ラとドラムとを含み、これらが一緒になって、スパッタ蒸着中に基板を搬送するためのコンベヤシステムを形成する。しかし、他の例では、少なくともコンベアシステムの一部（場合によっては、コンベアシステムのすべて）が、カートリッジの外側にあり得る。例えば、スパッタ蒸着装置は、スパッタ蒸着装置内のカートリッジの挿入時にカートリッジに挿入され得る第１および第２のロ－ラおよび／またはドラムを含んでもよい。

上記の例では、カートリッジのチャンバは、真空下に保持されてもよい。場合によっては、カートリッジは複数のチャンバを有してもよく、そのうちの少なくとも１つは真空下であってもよく、スパッタ蒸着中に開放されるか、さもなければ互いに結合されてもよい。例えば、カートリッジは、スパッタターゲットを収容するためのチャンバ、およびスパッタ蒸着前および／または後に基板を収容するための少なくとも１つのさらなるチャンバを有してもよい。

任意の１つの例に関連して記載される任意の特徴は、単独で使用されてもよく、または記載される他の特徴と組み合わせて使用されてもよく、また、例のうちの任意の他の１つの特徴または任意の他の任意の組み合わせの１つ以上の特徴と組み合わせて使用されてもよいことを理解されたい。さらに、添付のクレ－ムの範囲から逸脱することなく、上述した以外の同等物および修正を採用することもできる。

本発明は堆積に関し、より具体的には、基板にターゲット材料をスパッタ堆積する方法及び装置に関する。

堆積は、材料を基板上に堆積させるプロセスである。堆積の例としては、薄膜堆積があり、薄膜堆積では、薄い層（通常、おおよそナノメートル又はナノメートルの数分の1から数マイクロメートル又は数十マイクロメートルまで）を、シリコンウエハーやウェブなどの基板上に堆積させる。薄膜堆積技術の例は、物理気相成長（ＰＶＤ）であり、物理気相成長（ＰＶＤ）では、凝縮相のターゲット材料を蒸発させて蒸気を生成し、次に蒸気を基板表面に凝縮させる。ＰＶＤの例は、スパッタ堆積であり、スパッタ堆積では、イオンなどのエネルギー粒子の衝突により粒子をターゲットから放出させる。スパッタ堆積の例において、アルゴンなどの不活性ガスであるスパッタガスを、低圧で真空チャンバーに導入し、エネルギー電子を使用してスパッタガスをイオン化させ、プラズマを作り出す。プラズマイオンによるターゲットへの衝突により、ターゲット材料を放出させ、続いて該ターゲット材料が基板表面上に堆積し得る。スパッタ堆積は、ターゲット材料を加熱せずにターゲット材料を堆積させることができ、結果として基板への熱損傷を低減又は防止できる点で、蒸着などの他の薄膜堆積方法よりも優れる。

汚染のリスクを減らすために、堆積を行う前又は後に、ドライルーム又はクリーンルーム内で基板を貯蔵し得る。これは基板の操作を難しくする可能性がある。

スパッタ堆積中、放出されたターゲット材料及び／又はプラズマは、堆積を実行するチャンバーと相互作用し得、又はチャンバーをコーティングし得る。これは、例えばチャンバーを清掃するためにスパッタ堆積プロセスを定期的に止める場合に、スパッタ堆積プロセスの効率を低下させる可能性がある。

本発明の第一の態様によると、スパッタ堆積装置が提供され、該スパッタ堆積装置は、
基板を支持するように配置される基板支持アセンブリと、
基板へのターゲット材料のスパッタ堆積に用いる少なくとも一つのスパッタターゲットを支持するように配置されるターゲット支持アセンブリと、
前記スパッタ堆積のために、プラズマを供給するように配置されるプラズマ生成配列と、
前記スパッタ堆積後に、堆積させたターゲット材料を有する基板を収容するように配置されるカートリッジと、を備え、該カートリッジは、スパッタ堆積装置から取り外し可能である。

この配置であると、基板を処理した後に、堆積させたターゲット材料を有する基板を、カートリッジ内でスパッタ堆積装置から取り外すことができる。カートリッジは、基板が汚染されるのを防ぎ、他のものよりも簡単に処理後の基板を操作及び／又は貯蔵することを可能にする。例えばカートリッジを、クリーンルーム又はドライルーム内ではなく、従来の棚で大気感受性の基板を貯蔵するために使用してもよい。

例において、カートリッジは、堆積させたターゲット材料を有する基板の少なくとも一部を真空中で収容するように配置される真空チャンバーを備える。これは、そうでなければ堆積させたターゲット材料と周辺環境の間の相互作用によって起こり得る、基板上に堆積させたターゲット材料の汚染及び／又は他の劣化をさらに減らすことができる。

例において、カートリッジは、ターゲット支持アセンブリと少なくとも一つのスパッタターゲットをさらに備える。このように、カートリッジが、スパッタ堆積中に使い果たされるスパッタ堆積部品又は変更されるスパッタ堆積部品を具備してもよい。これはスパッタ堆積を実行する効率を向上させ得る。例えば、基板にターゲット材料を堆積させる少なくとも一つのスパッタターゲットの使用後、ターゲット支持アセンブリ、少なくとも一つのスパッタターゲット及びターゲット材料が上に堆積している基板を含むカートリッジを、スパッタ堆積装置から取り外してもよい。次に、それ自体がターゲット支持アセンブリ及び少なくとも一つのスパッタターゲットを備えるさらなるカートリッジを、処理のためにスパッタ堆積装置に挿入してもよい。これは、その後、スパッタ堆積を再開する前に、スパッタ堆積プロセスで使い果たした少なくとも一つのスパッタターゲットを補充するために堆積プロセスを停止させる他の手法よりも、効率的に実行され得る。これは、基板への異なるターゲット材料のスパッタ堆積における柔軟性をさらにもたらす。例えば、カートリッジを取り外すこと及びカートリッジを異なる材料を含んだ異なるスパッタターゲットを備える異なるカートリッジに取り換えることによって、基板に堆積させるターゲット材料を直接変更してもよい。

例において、プラズマ生成配列は、スパッタ堆積装置の堆積領域にプラズマを供給するように配置され、カートリッジが堆積領域を含む。これは、スパッタ堆積をカートリッジ内で実行することを可能にする。これは、デブリがカートリッジ内に含まれ得るときに、堆積領域内のデブリ（少なくとも一つのスパッタターゲットから放出される材料及び／又はプラズマのイオンなど）とスパッタ堆積装置の間の接触を減らし得る。これは、スパッタ堆積を停止させる必要があり得るスパッタ堆積装置の清掃の必要性を減らすことができ、又は未然に防ぐことができる。それゆえ、スパッタ堆積の効率を向上させ得る。それらの例において、プラズマ生成配列を、プラズマの発生及び伝搬のための電場及び／又は磁場を発生させるように配置してもよく、カートリッジの堆積領域内でプラズマを発生させるために、カートリッジのケーシングが、電場及び／又は磁場を少なくとも部分的に透過する透過領域を備えてもよい。この配置を有すると、プラズマは、カートリッジ外のスパッタ堆積装置の一部内ではなく、カートリッジ内に存在し得る。プラズマとスパッタ堆積装置の接触をさらに減少させることができ、スパッタ堆積装置の清掃の必要性をさらに減少させ得る。それゆえ、スパッタ堆積の効率を向上させ得る。カートリッジは、基板、基板支持アセンブリ、ターゲット支持アセンブリ、及びターゲット支持アセンブリによって支持される少なくとも一つのスパッタターゲットを備えてもよく、カートリッジを、スパッタ堆積中に真空下で密封してもよい。そのようなカートリッジであると、カートリッジがスパッタ堆積における消耗品を具備することができ、スパッタ堆積の効率をさらに向上させ得る。スパッタ堆積中に真空下でカートリッジを密封することにより、基板への環境感受性のターゲット材料の堆積を、質を向上させて実行できる。例えばこれは、ターゲット材料及び／又は基板の周辺環境との相互作用の割合を減少させ得る。

プラズマ生成配列が、カートリッジの堆積領域内にプラズマを供給するように配置されるいくつかの例において、カートリッジは、カートリッジの堆積領域へプラズマが入るためのアパーチャーを備えてもよい。該アパーチャーは密封可能である。これは、スパッタ堆積にさらなる柔軟性をもたらす。例えばプラズマを、カートリッジの外部で発生させ、続いてカートリッジに入れてもよい。他の場所ではなくカートリッジの外部でプラズマを発生させることにより、プラズマ密度などのプラズマの性質の制御をより簡単にし得る。それゆえ、これは、基板へのターゲットのスパッタ堆積の制御を向上させ得る。

例において、プラズマ生成配列を、スパッタ堆積装置のスパッタ堆積領域内でスパッタ堆積するために、プラズマを供給するように配置してもよく、ここで、堆積領域はカートリッジの外部に存在する。これにより、例えば堆積領域がカートリッジの内側に存在する場合の他のものよりも、コンパクトなカートリッジを提供できる。それゆえ、カートリッジを、他のものよりも効率的に貯蔵及び／又は輸送することができる。これらの例において、スパッタ堆積装置を、基板が中に配置されているカートリッジを受け取るように配置してもよく、スパッタ堆積装置は、堆積領域内で前記スパッタ堆積をもたらすために、カートリッジから堆積領域に基板の少なくとも一部を輸送するように、及び前記スパッタ堆積後、基板の少なくとも一部をカートリッジ中に輸送するように配置される輸送アセンブリを備えてもよい。これは、カートリッジのコンパクトさをさらに向上させ得る。例えば、輸送アセンブリを、スパッタ堆積装置内で堆積領域に及び堆積領域から基板を適切に供給するために使用してもよく、該輸送アセンブリは、カートリッジ自体より大きくてもよい。これらの例において、スパッタ堆積装置を、少なくとも一つのスパッタターゲットが中に配置されているカートリッジを受け取るように配置してもよく、堆積領域内で前記スパッタ堆積をもたらすために、輸送アセンブリを、少なくとも一つのスパッタターゲットをカートリッジから堆積領域に輸送するようにさらに配置してもよい。これは、少なくとも一つのスパッタターゲットを処理される基板と共に供給することによって、スパッタ堆積プロセスの効率を向上させ得、その一方でカートリッジのコンパクトさも向上させ、該カートリッジが、スパッタ堆積装置内の堆積領域よりも小さくなり得る。

例において、基板支持アセンブリは、前記スパッタ堆積中に、少なくとも一つのスパッタターゲットに対して基板を運搬するように配置されるコンベアシステムを備える。コンベアシステムは、基板を処理する速度の制御を向上させ得、それゆえ、基板へのターゲット材料のスパッタ堆積における制御を向上させ得る。コンベアシステムは、固定された基板支持装置と比べて、ターゲット材料を基板にスパッタ堆積させる速度を向上させ得る。それゆえ、スパッタ堆積の効率が向上し得る。

本発明の第二の態様によると、スパッタ堆積装置に挿入するためのカートリッジが提供され、該カートリッジは、
基板と、
スパッタ堆積装置を使用する基板へのターゲット材料のスパッタ堆積で用いる少なくとも一つのスパッタターゲットと、
前記スパッタ堆積後に、堆積させたターゲット材料を有する基板を貯蔵するためのチャンバーと、を備える。

そのようなカートリッジを、堆積させたターゲット材料を有する基板を汚染から防ぐために使用してもよい。堆積させたターゲット材料を有する基板を、他のものよりも簡単に操作及び／又は貯蔵できる。例えばカートリッジを、クリーンルーム又はドライルーム内ではなく、従来の棚で大気感受性の基板を貯蔵するために使用してもよい。カートリッジ内で少なくとも一つのスパッタターゲットを含むことにより、スパッタ堆積装置は、他のものよりも効率的にスパッタ堆積を実行し得る。例えば、基板にターゲット材料を堆積させる少なくとも一つのスパッタターゲットの使用後に、ターゲット支持アセンブリ、少なくとも一つのスパッタターゲット及びターゲット材料が上に堆積している基板を含むカートリッジを、スパッタ堆積装置から取り外してもよい。次に、それ自体がターゲット支持アセンブリ及び少なくとも一つのスパッタターゲットを備えるさらなるカートリッジを、処理のためにスパッタ堆積装置に挿入してもよい。これは、その後、スパッタ堆積を再開する前に、スパッタ堆積プロセスにより使い果たした少なくとも一つのスパッタターゲットを補充するために堆積プロセスを停止させる他の手法よりも、効率的に実行され得る。これは、基板への異なるターゲット材料のスパッタ堆積における柔軟性をさらにもたらす。例えば、カートリッジを取り外すこと及びカートリッジを異なる材料を含んだ異なるスパッタターゲットを備える異なるカートリッジに取り換えることによって、基板に堆積させるターゲット材料を、直接変化させることができる。

いくつかの例において、真空を封じ込めるために、チャンバーは密封可能なチャンバーである。これは、基板への環境感受性のターゲット材料の堆積を、質を向上させて実行することを可能にし得る。例えばターゲット材料及び／又は基板と周辺環境との不必要な相互作用の割合を減少させることができる。チャンバーが密封可能であると、カートリッジを、基板へのターゲット材料の環境感受性スパッタ堆積（例えば密封されたチャンバーで真空下）又は基板への不活性ターゲット材料若しくは非反応性のターゲット材料のスパッタ堆積などの環境非感受性スパッタ堆積で使用できるため、これは柔軟性をもたらす。場合によっては、チャンバーが真空チャンバーであってもよく、例えばそれらの部品の反応性が高い場合、チャンバー内の部品と周辺環境との不必要な相互作用をさらに減少させ得る。

例において、チャンバーが、前記スパッタ堆積の前及び後に、基板及び少なくとも一つのスパッタターゲットを備えてもよい。これは、スパッタ堆積プロセスの効率をさらに向上させ得、スパッタ堆積装置にカートリッジを挿入することによって行ってもよい。場合によっては、チャンバーが、前記スパッタ堆積中に、基板及び少なくとも一つのスパッタターゲットを備えてもよく、スパッタ堆積をカートリッジ内で実行することを可能にし得る。これらの例において、チャンバーは、前記スパッタ堆積中に、少なくとも一つのスパッタターゲットに対して基板を運搬するように配置されるコンベアシステムを備えてもよい。これは、基板を処理する速度の制御を向上させ得、それゆえ、基板へのターゲット材料のスパッタ堆積の制御を向上させ得る。固定された基板支持装置に比べて、コンベアシステムは、ターゲット材料を基板にスパッタ堆積させる速度を向上させ得る。それゆえ、スパッタ堆積の効率が向上し得る。コンベアシステムは、ローラーを備えてもよい。そのような場合においては、コンベアシステムが、「リールツーリール」プロセス配置であってもよいし、又は「リールツーリール」プロセス配置の一部を形成してもよく、効率的な様式で基板を処理し得る。

例において、カートリッジは、スパッタ堆積装置によって発生させたプラズマが入るためのアパーチャーを備える。該アパーチャーは密封可能であってもよい。これは、スパッタ堆積にさらなる柔軟性をもたらす。例えばプラズマを、カートリッジの外部で発生させ、続いてカートリッジに入れてもよい。他の場所ではなくカートリッジの外部でプラズマを発生させることにより、プラズマ密度などのプラズマの性質の制御をより簡単にし得る。それゆえ、これは、基板へのターゲット材料のスパッタ堆積の制御を向上させ得る。

例において、カートリッジ内でプラズマを発生させるために、カートリッジのケーシングは、スパッタ堆積装置によって発生させた電場及び／又は磁場を少なくとも部分的に透過する透過領域を備える。これは、デブリがカートリッジ内に含まれ得るときに、堆積領域内のデブリ（少なくとも一つのスパッタターゲットから放出された材料及び／又はプラズマイオン等）とスパッタ堆積装置の間の接触を減少させ得る。これは、スパッタ堆積を停止させる必要があり得るスパッタ堆積装置の清掃の必要性を減少させ得、又は未然に防ぎ得る。それゆえ、これはスパッタ堆積の効率を向上させ得る。

例において、基板は柔軟であり、チャンバーは、前記スパッタ堆積後に、堆積させたターゲット材料を有する基板を支持するためのリールを備える。これは、「リールツーリール」プロセス配置を使用する、基板へのターゲット材料のスパッタ堆積を促進させ得、効率的な様式で基板を処理し得る。加えて又は代わりに、これは、基板を支持する効率的な様式をもたらし得、他の配置よりもコンパクトになり得る。これらの例において、前記リールは、第二のリールであってもよく、カートリッジが、前記スパッタ堆積の前に基板を支持するための第一のリールを備えてもよい。これは、効率的な「リールツーリール」プロセス配置の使用をさらに促進し得る。

例において、カートリッジは、基板及び／又は少なくとも一つのスパッタターゲットをカートリッジの外へ輸送するように配置される輸送アセンブリを備えてもよい。これは、ターゲット材料を基板上にスパッタ堆積した後及び／又は少なくとも一つのターゲットの材料が使い果たされた後に、基板及び／又は少なくとも一つのスパッタターゲットを、容易にカートリッジから取り外すことを可能にし得る。場合によっては、これは、カートリッジの外部でスパッタ堆積が起こるのを可能にし得る。それゆえ、スパッタ堆積をカートリッジ内で行う場合よりも、カートリッジがコンパクトになり得る。

例において、ターゲット材料は、エネルギー貯蔵デバイスの電極層又は電解質層のための材料を含む。それゆえ、これらの例において、エネルギー貯蔵デバイスを製造するためにカートリッジを使用してもよい。

本発明の第三の態様によると、スパッタ堆積装置が提供され、該装置は、
カートリッジがスパッタ堆積装置から取り外し可能なように、スパッタ堆積装置を使用する基板へのターゲット材料のスパッタ堆積で用いる基板及び少なくとも一つのスパッタターゲットを備えるカートリッジを支持するように配置されるカートリッジ支持アセンブリと、
前記スパッタ堆積のために、プラズマを供給するように配置されるプラズマ生成配列と、を備える。

この配置を有すると、堆積させたターゲット材料を有する基板を、基板を処理した後にカートリッジ内でスパッタ堆積装置から取り外すことができる。カートリッジは、基板を汚染から防ぎ、他のものよりも簡単に処理後の基板の操作及び／又は貯蔵を可能にする。例えばカートリッジを、クリーンルーム又はドライルーム内ではなく、従来の棚で大気感受性の基板を貯蔵するために使用してもよい。第三の例によるスパッタ堆積装置は、そのようなスパッタ堆積プロセスを促進し得る。

例において、プラズマ生成配列は、スパッタ堆積装置の堆積領域内での前記スパッタ堆積のために、プラズマを供給するように配置され、カートリッジは堆積領域を備える。これは、スパッタ堆積をカートリッジ内で実行することを可能にする。これは、デブリがカートリッジ内に含まれ得るときに、堆積領域内のデブリ（少なくとも一つのスパッタターゲットから放出された材料及び／又はプラズマイオンなど）とスパッタ堆積装置の接触を減らし得る。これは、スパッタ堆積を停止させる必要があり得るスパッタ堆積装置の清掃の必要性を減らし得るか又は未然に防ぎ得る。それゆえ、スパッタ堆積の効率が向上し得る。

例において、スパッタ堆積装置は、堆積領域がカートリッジの外部に存在し、堆積領域内で前記スパッタ堆積をもたらすために、カートリッジからスパッタ堆積装置の堆積領域に基板の少なくとも一部を輸送するように、及びスパッタ堆積後に、基板の少なくとも一部をカートリッジ中に輸送するように配置される輸送アセンブリを備える。これは、例えば堆積領域がカートリッジ内に存在する他のものよりも、コンパクトにカートリッジを供給することを可能にし得る。それゆえ、他のものよりもカートリッジを効率的に貯蔵及び／又は輸送することができる。例えば輸送アセンブリを、スパッタ堆積装置内の堆積領域に及びスパッタ堆積装置内の堆積領域から外に、基板を適切に供給するために使用してもよく、該堆積領域は、カートリッジ自体より大きくてもよい。

堆積領域内で前記スパッタ堆積をもたらすために、輸送アセンブリが、カートリッジから堆積領域に少なくとも一つのスパッタターゲットを輸送するようにさらに配置されてもよい。これは、少なくとも一つのスパッタターゲットと共に処理する基板を供給することにより、スパッタ堆積プロセスの効率を向上させ得、一方でカートリッジのコンパクトさも向上させ、該カートリッジは、スパッタ堆積装置内の堆積領域よりも小さくなり得る。

さらなる特徴が、単に例として与えられ、添付の図面を参照して作成した以下の説明から明らかになるだろう。

基板にターゲット材料を堆積させる前の例によるスパッタ堆積装置に挿入するカートリッジの概略図である。 基板にターゲット材料を堆積させる間の図１ａのカートリッジの概略図である。 基板にターゲット材料を堆積させた後の図１ａ及び１ｂのカートリッジの概略図である。 基板にターゲット材料を堆積させた後のさらなる例によるスパッタ堆積装置に挿入するカートリッジの概略図である。 中にカートリッジが挿入されている、例によるスパッタ堆積装置の概略図である。 中にカートリッジが挿入されていない、図３ａによるスパッタ堆積装置の概略図である。 中にカートリッジが挿入されている、さらなる例によるスパッタ堆積装置の概略図である。 中にカートリッジが挿入されていない、図４ａによるスパッタ堆積装置の概略図である。 他のさらなる例によるスパッタ堆積装置の概略図である。

例による装置及び方法の詳細が、図を参照して、以下の説明から明らかになるだろう。この説明では、説明の目的で、特定の例の多くの具体的な詳細を示す。明細書中の「例」又は類似の用語への言及は、例に関連して説明する特定の特徴、構造又は特性が少なくとも一つの例に含まれるが、必ずしも他の例に含まれるとは限らないことを意味する。さらに、例の根底にある概念の説明及び理解を容易にするために、特定の例を、特定の特徴を省略及び／又は必然的に簡略化して概略的に説明することに注意されたい。

本明細書の例は、基板にターゲット材料をスパッタ堆積した後に、堆積させたターゲット材料を有する基板を収容するように配置されるカートリッジに関する。そのようなカートリッジは、スパッタ堆積後の基板を受け取るために、スパッタ堆積装置に挿入され得、続いてスパッタ堆積装置から取り外され得る。カートリッジは、基板を汚染から防ぎ、容易に操作及び貯蔵することができる。

カートリッジを、周辺大気に敏感な基板（又はその一部）、或いは有害な基板（又はその一部）を貯蔵するために使用してもよい。例えば、基板の一部にスパッタ堆積したターゲット材料の層は、層と接触する分子と反応し、層の表面の性質に過度に影響を及ぼし得る。しかしながら、カートリッジ内で基板を貯蔵することにより、層がそのような分子に接触することを防ぐことができる。カートリッジ内の環境条件は、より大きい空間内よりも簡単に制御できる。例えば、圧力、温度、ガス組成などのカートリッジ内の環境条件を、基板の望ましくない劣化を避けるために又は制限するために調整できる。それゆえ、クリーンルーム内又はドライルーム内ではなく、従来の棚で大気感受性の基板を貯蔵するためにカートリッジを使用してもよい。加えて、基板が、汚染物質と接触することなく又は基板若しくは基板にスパッタ堆積させたターゲット材料の層を損傷若しくは劣化させ得る大気条件と接触することなく、後続処理のための所望の位置に基板を輸送するために、カートリッジを使用してもよい。

場合によっては、カートリッジをスパッタ堆積装置に挿入していても、基板へのターゲット材料のスパッタ堆積は、カートリッジ内で起こってもよい。これは、ターゲット材料及び／又はプラズマとスパッタ堆積装置の接触を減らし得る。それゆえ、スパッタ堆積装置の清掃頻度が少なくなり得、スパッタ堆積の効率が向上する。

最初にカートリッジの例を説明し、続いて、そのようなカートリッジが挿入され得るスパッタ堆積装置の例を説明する。本明細書で説明するカートリッジ及びスパッタ堆積装置を、光学コーティング、磁気記録媒体、電子半導体デバイス、発光ダイオード（ＬＥＤ）、薄膜太陽電池などのエネルギー発電デバイス、及び例えば薄膜電池といった電池等のエネルギー貯蔵デバイスなどの、薄膜堆積の有用性を有する幅広い産業アプリケーション用のプラズマベースのスパッタ堆積のために使用してもよい。それゆえ、本開示の内容が、エネルギー貯蔵デバイス又はそれらの一部の製造に関連する場合があるかもしれないが、本明細書で説明する装置及び方法は、それらの製造に限定されないことを理解されたい。

図１ａから１ｃ（まとめて図１と称する）は、例によるスパッタ堆積装置に挿入するためのカートリッジ１００を示す概略図である。図１ａはスパッタ堆積前のカートリッジ１００を示しており、図１ｂはスパッタ堆積中のカートリッジ１００を示しており、図１ｃはスパッタ堆積後のカートリッジ１００を示している。

図１において、カートリッジ１００は、基板１０２、スパッタ堆積装置を使用する基板１０２へのターゲット材料のスパッタ堆積で用いる少なくとも一つのスパッタターゲット１０４、及びチャンバー１０６を具備する。この場合において、チャンバー１０６は、基板へのターゲット材料のスパッタ堆積の前及び後に、基板１０２及び少なくとも一つのスパッタターゲット１０４を具備する。しかしながら他の場合においては（図２の場合など）、チャンバーを、スパッタ堆積後に、堆積させたターゲット材料を有する基板を貯蔵するように配置してもよい。そのような場合において、チャンバーは、堆積前に基板も、少なくとも一つのスパッタターゲットも具備する必要がない。

カートリッジ１００は、例えば堆積後に基板を収容するための任意の適切な容器であり、該容器は、スパッタ堆積装置に挿入するように設計される。例えばカートリッジ１００は、スパッタ堆積装置によって処理する構成要素（基板１０２など）を具備し、該構成要素はスパッタ堆積プロセスで使い果たされ得るか又はそうでなければ取り換えられ得る。例えば、スパッタターゲットの材料は、スパッタ堆積プロセスで徐々に消耗し、基板１０２は、基板１０２の表面上にターゲット材料の層を堆積することによって取り換えられ得る。カートリッジ１００は、カセットとも称され得る。図１のカートリッジ１００の形状は、直方体であり、断面が長方形である（図１で示される）。この場合において、カートリッジ１００は、立方体状の外郭構造を有し、中は中空である。そうであるがこれは単なる例であり、他の例において、カートリッジ１００が他の形状であってもよい。カートリッジ１００内の中空領域はチャンバー１０６に対応し、この例においてカートリッジ１００のキャビティーである。チャンバー１０６の少なくとも一つの壁は、カートリッジ１００の壁（外郭構造、ケーシング又はハウジングとも称され得る）であってもよい。これは図１で示されており、図１で、カートリッジ１００のケーシングは、チャンバー１０６の境界と一致する。そうであるが他の場合において、チャンバーは、カートリッジ１００内の別個のチャンバーであってもよく、該別個のチャンバーは、例えばカートリッジのケーシングの一部を形成しない少なくとも一つの壁を有する。

チャンバー１０６は、真空を閉じ込めるために、密封可能なチャンバーであってもよい。例えば、必要に応じてチャンバー１０６内に真空条件を作るために、チャンバー１０６内の圧力を適切に調節してもよい。その後、チャンバーを密封し、所望の圧力を維持してもよい。

図１において、チャンバー１０６は真空チャンバーであり、それゆえ、チャンバー１０６は、スパッタ堆積前、スパッタ堆積中及びスパッタ堆積後に真空条件下である。これは、例えば、チャンバー１０６内での基板１０２と気体などの分子との反応に起因するチャンバー１０６内の基板１０２の汚染を減らし得る。本明細書で言及する真空は、必ずしも完全真空ではないが、代わりに基板１０２と他の材料の望ましくない相互作用を防ぐか、又は少なくともかなり減らす十分低い圧力、或いはスパッタ堆積に適した圧力などの、圧力が大気圧よりも低い環境を指す。例えば、スパッタ堆積に適した低圧は、３×１０^―３ｔｏｒｒ以下であり得る。チャンバー１０６は、ポンプシステム（図示せず）によって、適した圧力（例えば１×１０^－５ｔｏｒｒ未満）に排気され得、使用中に、ガス供給システム（図示せず）を使用して、スパッタ堆積に適した圧力が達成される程度（例えば３×１０^―３ｔｏｒｒ）まで、アルゴンや窒素などのプロセスガス又はスパッタガスがチャンバー１０６に導入され得る。そのような場合においては、チャンバー１０６を、基板１０２がチャンバー１０６に装填される前又はその後に排気してもよい。

他の場合において、チャンバー１０６は、真空条件下でなくてもよく、その代わりに、例えば大気圧であってもよい。真空の使用か又は他の使用かは、基板１０２及び基板１０２上に堆積させるターゲット材料に依存し得る。例えば場合によっては、基板１０２及び／又は基板上１０２に堆積させるターゲット材料が、不活性又は周辺環境の部品と反応する可能性が低いとき、真空は必要とされ得ない。例えばスパッタ堆積が非反応性スパッタ堆積である場合、ターゲット材料は、スパッタターゲットの材料であってもよいし、又はスパッタターゲットを含んでもよい。そうであるが他の場合においては、ターゲット材料を、スパッタターゲット１０４から放出された材料と反応性ガスなどの反応性材料との反応又は他の相互作用によって得てもよい。これらの場合、堆積は反応性スパッタ堆積と考えてよく、ターゲット材料は、少なくとも一つのスパッタターゲットの材料から生じ得る。

図１の例において、基板１０２は、基板のウェブであるが、他の場合においては、基板が異なる形状であってもよい。例えば基板のウェブは、柔軟な基板又はそうでなければ曲げられる基板若しくは曲げやすい基板を指す。そのような基板は、例えばロールツーロール供給システムの一部として、ローラーの周りで基板を曲げられるほど十分柔軟であり得る。そうであるが他の場合においては、基板が、比較的堅くてもよいし又は柔軟でなくてもよい。そのような場合においては、基板を曲げることなく又は基板をほとんど曲げることなく、コンベアシステムにより基板が運搬され得る。

基板１０２は、シリコン又はポリマーであってもよいし、或いはシリコン又はポリマーを含んでもよい。いくつかの例においては、例えばエネルギー貯蔵デバイスの製造のために、基板１０２が、ニッケル箔であってもよいし又はニッケル箔を含んでもよいが、ニッケルの代わりにアルミニウム、銅若しくは鋼、又はポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）上のアルミニウムのような金属化プラスチックなどの金属化材料等の任意の適した金属を使用できることを理解されたい。

基板１０２は、基板支持システムによって支持され、該基板支持システムは、この場合において、スパッタ堆積前の基板１０２を支持する第一のリール１０８（図１ａで示されている）及びスパッタ堆積後の基板１０２を支持する第二のリール１１０（図１ｂ及び１ｃで示されている）を具備する。そうであるがこれは単なる例であり、他の場合においては、基板１０２が、異なる形状の基板支持システムによって支持されてもよい。リールは、例えば基板１０２が巻きつけられ得る円筒状の構成要素であり、スプールとも称され得る。

チャンバー１０６は、コンベアシステムも具備し、該コンベアシステムは、この場合において、基板支持システムの一部を形成する。コンベアシステムは、スパッタ堆積中に、少なくとも一つのスパッタターゲット１０４に対して基板１０２を運搬するように配置される。コンベアシステムは、ローラーなどの湾曲部材を備えてもよい。図１はそのような例を示す。図１において、コンベアシステムは、ドラム１１４、第一のリール１０８からドラム１１４に基板１０２を供給するように又はそうでなければ導くように配置される第一のローラー１１２、及びドラム１１４から第二のリール１１０に基板１０２を供給するように又はそうでなければ導くように配置される第二のローラー１１６を備える。この場合におけるコンベアシステム１１０は、「リールツーリール」プロセス配置の一部を形成し、基板１０２は、第一のリール１０８から供給され、スパッタ堆積を経た後、第二のリール１１０に供給され、処理後の基板を積層したリールを形成する（図１ｃで示されている）。

基板１０２の端部は、最初に、供給機構（図示せず）により、第一のリール１０８からコンベアシステムに向かって導かれてもよく、場合によっては、コンベアシステムを通って導かれてもよい。例えば供給機構は、コンベアシステムを通って、第二のリール１１０に基板１０２の端部を導く。第一のリール１０８から第二のリール１１０に基板１０２を徐々に輸送するために、例えば第一のリール１０８の回転と第二のリール１１０の回転を連動させて、コンベアシステムにより基板１０２のその後の移動を実行してもよい。そうであるが他の場合においては、基板１０２の端部又は基板１０２の端部に結合したリーダー若しくは他の材料が、すでに少なくとも部分的に第二のリール１１０に巻き付けられていてもよいし又は第二のリール１１０により支持されていてもよい。そのような場合において、カートリッジ１００は、供給機構を具備しなくてもよい。代わりに、基板１０２を、コンベアシステム及び第一のリール１０８と第二のリール１１０の回転によって、第一のリール１０８からほどき、第二のリール１１０に徐々に巻き付けてもよい。

例えば少なくとも一つのターゲット１０４の材料を含むか又は少なくとも一つのターゲット１０４の材料から生じるターゲット材料のスパッタ堆積を、基板１０２にもたらすために、コンベアシステムは、少なくとも一つのスパッタターゲット１０４に対して運搬方向Ｄ（図１ｂで示されている）に基板１０２を運搬するように配置される。運搬方向Ｄは、第一のリール１０８から第二のリール１１０に基板１０２が移動する一般的な方向と一致すると考えてよく、基板１０２の移動の総方向と考えてよい。コンベアシステムがローラー（ドラム１１４など）を具備する場合、運搬方向Ｄは、ローラーの最高点の接線で取られ得るローラーの回転方向と一致し得る。そのような場合においては、コンベアシステムが、運搬方向Ｄに基板１１４を運搬するように配置されてもよく、該運搬方向Ｄは、ローラー（この場合においてドラム１１４）の回転軸に垂直である。

図１において、カートリッジ１００は、四つのターゲット１０４ａ－１０４ｄ（まとめて参照数字１０４で参照される）を具備するが、これは単なる例である。スパッタターゲット１０４は、互いに同一の材料を含んでもよいし、又はスパッタターゲット１０４の一以上が、スパッタターゲット１０４のうちの他の一つと異なる材料を含んでもよい。

スパッタターゲット１０４は、一以上のターゲット支持アセンブリ１１８によって支持される。いくつかの例においては、ターゲット支持アセンブリ１１８が、スパッタターゲット１０４を支持又は保持する少なくとも一つのプレート又は他の支持構造を具備してもよい。図１においては、スパッタターゲットごとに一つのターゲット支持アセンブリが存在する。しかしながら他の場合においては、スパッタターゲットにつき、より多い又はより少ないターゲット支持アセンブリが存在してもよい。例えば単一のターゲット支持アセンブリは、一以上のスパッタターゲットを支持してもよく、例えばチャンバー内の全てのスパッタターゲットを支持してもよい。

基板１０２に堆積させるターゲット材料は、スパッタターゲット１０４の材料であってもよいし又はこれを含んでもよく、或いはスパッタターゲット１０４の材料とさらなる材料の相互作用により形成される材料であってもよいし又はこれを含んでもよい。いくつかの例において、ターゲット材料は、エネルギー貯蔵デバイスの電極層又は電解質層の材料を含む。例えばエネルギー貯蔵デバイスの製造のために、ターゲット材料は、エネルギー貯蔵デバイスのカソード層であるコバルト酸リチウム、リン酸鉄リチウム若しくは多硫化アルカリ金属塩などのリチウムイオンの貯蔵に適した材料であってもよいし又はこれらを含んでもよく、或いはそれらの前駆体物質であってもよいし又はそれらの前駆体物質を含んでもよい。加えて又は代わりに、ターゲット材料は、エネルギー貯蔵デバイスのアノード層であるリチウム金属、グラファイト、シリコン若しくは酸化インジウムスズなどであってもよいし又はこれらを含んでもよく、或いはそれらの前駆体物質であってもよいし又はそれらの前駆体物質を含んでもよい。加えて又は代わりに、ターゲット材料は、エネルギー貯蔵デバイスの電解質層であるオキシ窒化リン酸リチウム（ＬｉＰＯＮ）などのイオン電導性であるが、電気絶縁体でもある材料であってもよいし又はこれらを含んでもよく、或いはそれらの前駆体物質であってもよいし又はそれらの前駆体物質を含んでもよい。例えばスパッタターゲットの少なくとも一つの材料は、例えばスパッタ堆積中に、チャンバー１０６に供給され得るガス（窒素ガスなど）との反応を経て、基板１０２にＬｉＰＯＮを堆積するための前駆体物質としてのＬｉＰＯであってもよいし又はこれを含んでもよい。

この場合のカートリッジ１００は、スパッタターゲット１０４及び基板１０２を貯蔵するために使用してもよい。スパッタターゲット１０４は、大気条件に敏感であってもよい。例えば、大気圧及び大気温度で空気中に保存する場合、スパッタターゲット１０４の材料は、空気中の特定の分子と反応してもよいし、又は望ましくない相転移を経てもよい。例えばいくつかの材料（リチウムを含む材料など）は、比較的低い昇華点を有する。それゆえ、そのような材料は、（スパッタ堆積向けの）固相のままではなく室温で昇華し得る。しかしながら、カートリッジ１００内の条件を、反応及び／又は相転移などのカートリッジ１００内でのスパッタターゲット１０４の材料の性質の望ましくない変化を避け、又は制限するように設計してもよい。カートリッジ１００内の条件の制御は、スパッタ堆積装置全体の空間のようなより広い空間内の環境条件を制御するよりも簡単であり得る。

カートリッジ１００を、エネルギー貯蔵デバイスの基板１０２上に層を堆積させるために使用する場合、例えば層の堆積で欠陥があると、堆積した層が短絡する危険があり得る。例えば電解質層の堆積における欠陥は、カソード層とアノード層の短絡を引き起こし得る。大きい表面積の層を積み重ねると、電池の容量は大きくなる。それゆえ、短絡は熱暴走を引き起こし得、材料の自然発火を引き起こし得る。しかしながら、カートリッジ１００は、基板１０２上に層を堆積させた後、欠陥が存在したとしても、積み重ねた層の容量が熱暴走の危険を低減するほど十分小さくなるように、十分小さい表面積を有する基板１０２を貯蔵してもよい。それゆえ、スパッタ堆積プロセスの安全性が向上し得る。

図１の例において、スパッタ堆積は、外部ではなくカートリッジ内（この場合ではチャンバー１０６内）で起こる。それゆえ、カートリッジ１００は、スパッタ堆積中に放出される材料を含み、該材料は、カートリッジ１００が挿入されるスパッタ堆積装置をコーティングせずにカートリッジ１００内に残り得る。それゆえ、これは、スパッタ堆積装置の清掃の必要性を未然に防ぎ又は減少させ得、スパッタ堆積装置の操作を停止させる必要性を減少させる。これはスパッタ堆積の効率を向上させることができる。

この場合において、プラズマ１２０は、スパッタ堆積中にカートリッジ１００内に閉じ込められる（図１ｂで示している）。プラズマ１２０のイオンがスパッタターゲット１０４に衝突し、スパッタターゲット１０４から材料を放出させる。放出された材料を、基板１０２が第一のリール１０８から第二のリール１１０まで、コンベアシステムによって運搬されるときに、基板１０２の表面上にターゲット材料として堆積させてもよい。他の場合において、放出された材料は、ターゲット材料として基板１０２の表面上に堆積する前に、ガスなどのさらなる材料と相互作用し得る。プラズマ１２０を、スパッタ堆積中にカートリッジ１００内で発生させてもよいし、或いはカートリッジ１００の外部で発生させ、続いてカートリッジ１００内に閉じ込めてもよい。

この場合において、カートリッジ１００は、スパッタ堆積装置によって発生させたプラズマが入るためのアパーチャー１２２を備える。図１の例において、アパーチャー１２２はドアであり、例えばカートリッジ１００の入り口で移動可能な障壁である。そうであるが他の場合において、アパーチャーは、穴又は他の開口部などの異なる形状であってもよい。そのようなアパーチャーは、密封可能であってもよい。アパーチャーの密封は、例えば所与の材料（プラズマ１２０など）がカートリッジ１００に入ること又はカートリッジ１００から出ることを防ぐ様式で、アパーチャーを閉じることをいう。例えば穴を栓で塞いでもよいし、或いはドアを閉位置に移動させ、例えば適切な密封剤又は接着剤を使用して密封してもよい。カートリッジ１００を再び開けられるように、カートリッジ１００の密封を可逆的に行ってもよい。場合によっては、アパーチャー１２２を、スパッタ堆積後にアパーチャー１２２を経由して、カートリッジ１００から基板１０２を取り外すことができるように構成してもよい。そうであるが他の場合において、カートリッジ１００は、カートリッジ１００から基板１０２が取り外され得るさらなるアパーチャー又は他の開口部を備えてもよい。

例においては、アパーチャー１２２を、スパッタ堆積装置へのカートリッジ１００の挿入時又はスパッタ堆積装置へのカートリッジ１００の挿入後に開ける。アパーチャー１２２が開いていると、カートリッジ１００中で基板１０２上にターゲット材料をスパッタ堆積するために、カートリッジ１００から離れて発生させたプラズマが、続いてカートリッジ１００に入り、カートリッジ内に閉じ込められ得る。スパッタ堆積の停止後、例えば第一のリール１０８から第二のリール１１０まで基板１０２が移動した後、アパーチャー１２２を閉じて密封してもよい。それゆえ、これは、他の材料がその後にカートリッジ１００に入るのを防ぎ得る。例えば、カートリッジ１００をスパッタ堆積装置から取り出す前に、アパーチャー１２２を閉じてもよいし及び／又は密封してもよい。図１ａ及び１ｃは、閉位置におけるアパーチャー１２２を示しており、図１ｂは開位置におけるアパーチャー１２２を示している。

アパーチャー１２２を閉じた後、カートリッジ１００の圧力を、適切に調整し、汚染を低減してもよい。例えば、アパーチャー１２２を閉じた後、スパッタ堆積装置からカートリッジ１００を取り出す前に、カートリッジ１００（又はカートリッジ１００のチャンバー１０６）を排気してもよい。それゆえ、カートリッジ１００は、スパッタ堆積中、真空下で密封され得る。例えばさらなる処理のために、アパーチャーを再度開き、カートリッジ１００から基板１０２を取り出してもよい。そうであるが、スパッタ堆積後すぐに、基板１０２をカートリッジ１００から取り出さなくてもよい。代わりに、取り出す前に一定の時間、基板１０２をカートリッジ１００内で貯蔵してもよい。カートリッジ１００を、基板１０２を輸送するためにさらに使用してもよい。例えば、（カートリッジ１００のチャンバー１０６又はカートリッジ１００自体が真空下のままである場合）カートリッジ１００内の真空条件下で、基板１０２を簡単に輸送することができる。カートリッジ１００及び／又はスパッタ堆積装置は、スパッタ堆積装置内にある間又はそうでなければスパッタ堆積が起こった前又は後に、カートリッジ１００を加圧及び／又は減圧するために使用できる適切なガスカップリング機構を具備してもよい。

図２は、さらなる例によるスパッタ堆積装置に挿入するカートリッジ２００の概略図である。図１の対応する特徴に類似する図２の特徴は、１００を足しているが同一の参照数字で表示している。対応する説明が適用される。図２は、基板２０２にターゲット材料をスパッタ堆積した後のカートリッジ２００を示している。

図２のカートリッジ２００は、図２のカートリッジ２００がスパッタ堆積後の基板２０２を貯蔵するための別個のチャンバー２０６を具備する以外は、図１のカートリッジ１００と同一である。それゆえ、図２のカートリッジ２００のキャビティー１２４は、チャンバー２０６を具備するが、チャンバー２０６はキャビティー１２４の全体を満たすわけではない。この場合において、チャンバー２０６は取り外し可能なチャンバーであってもよく、堆積後の基板２０２（大きな基板の一部であってもよいし又は基板２０２全体であってもよい）を中に貯蔵した後、カートリッジ２００から取り除いてもよい。

チャンバー２０６は、真空を封じ込めるために、密封可能なチャンバーであってもよい。例えばスパッタ堆積後に基板２０２を入れるために、及び／又はチャンバー２０６内の過剰なガスなどの望ましくない材料を取り除くために、例えばチャンバー２０６は、少なくとも一つのアパーチャーを有してもよい。アパーチャーは、図１のカートリッジ１００のアパーチャー１２２と同一であってもよいし、類似であってもよく、又は異なってもよい。例えば基板２０２及び／又はガスをチャンバー２０６に入れること及び／又はチャンバー２０６から出すことを可能にするために、アパーチャーは異なるサイズ及び／又は形状を有してもよい。例えば、堆積後、チャンバー２０６内に真空を作るために、基板２０２をチャンバー２０６に入れた後、ガスをチャンバー２０６から排気してもよい。このようにして、基板２０２を真空条件で貯蔵してもよく、例えば大気圧での層と気体分子の間の相互作用によって起こり得る基板２０２上に堆積させた層の劣化を低減し得る。他の場合においては、スパッタ堆積前又はスパッタ堆積中に、チャンバー２０６内に真空を作ってもよい。チャンバー２０６内の条件は、カートリッジ２００の他の領域と異なってもよい。例えばチャンバー２０６が真空から成るのに対し、カートリッジ２００の他の領域は大気圧であってもよい。そうであるが他の場合においては、カートリッジ２００内の条件が均一であってもよい。例えばカートリッジ２００のキャビティー１２４（チャンバー２０６を含む）は真空下であってもよい。

図３ａは、中にカートリッジ３００が挿入されている例によるスパッタ堆積装置１２６の概略図である。図３ａのカートリッジ３００は、カートリッジ３００のケーシングが、アパーチャー１２２ではなく透過領域１２８を備えることを除いて、図１のカートリッジ１００と同一である。図１のカートリッジ１００の対応する特徴に類似する図３ａのカートリッジ３００の特徴は、２００を足しているが、同一の参照で表示され、対応する説明が適用される。

図３ａのスパッタ堆積装置１２６は、基板３０２上にターゲット材料をスパッタ堆積するためのプラズマ３２０を供給するように配置されるプラズマ生成配列１３０を備える。プラズマ生成配列１３０は、一以上のアンテナを具備してもよく、該アンテナを通じて、適切な無線周波数電力が無線周波数電力供給システムにより送られ得る。このようにして、プロセスガス又はスパッタガスから誘導結合プラズマ３２０を発生させてもよい。この場合においては、プロセスガス又はスパッタガスが、カートリッジ３００内に存在してもよい。例えばカートリッジ３００は、プロセスガス又はスパッタガスを、カートリッジ３００内、例えばチャンバー３０６内に供給する適切なガス供給システムを備えてもよいし、該ガス供給システムに接続可能であってもよい。しかしながら、他の場合においては（図１の場合など）、プロセスガス又はスパッタガスが、カートリッジの外部に存在してもよく、例えばスパッタ堆積装置１２６の他の領域内に存在してもよい。そのような場合のプラズマは、カートリッジの外部で発生させ、続いて、例えばアパーチャーを経由してカートリッジに入れてもよい。このようにして、プラズマ生成配列１３０を、スパッタ堆積装置１２６の堆積領域内でスパッタ堆積するために、プラズマ３２０を供給するように配置してもよく、該堆積領域で、スパッタターゲット３０４の材料を含むターゲット材料又はそうでなければスパッタターゲット３０４の材料から生じるターゲット材料の基板３０２へのスパッタ堆積が起こる。この場合において、カートリッジ３００は堆積領域を含む。しかしながら、図４などの他の場合においては、堆積領域がカートリッジの外部に存在してもよい。

いくつかの例においては、例えば１ＭＨｚと１ＧＨｚの間の周波数、１ＭＨｚと１００ＭＨｚの間の周波数、１０ＭＨｚと４０ＭＨｚの間の周波数、又はおおよそ１３．５６ＭＨｚ若しくはその倍数の周波数で、一以上のアンテナを通して無線周波数電流を送ることにより、プラズマ３２０を発生させてもよい。無線周波数電力は、プロセスガス又はスパッタガスのイオン化を引き起こし、プラズマ３２０を生成させる。

プラズマ生成配列１３０の一以上のアンテナは、細長いアンテナであってもよく、該細長いアンテナは、スパッタ堆積中に基板３０２が運搬される運搬方向Ｄに垂直に細長くてもよい。そのような場合においては、細長いアンテナが、ドラム３１４の回転軸に平行な方向に延在してもよく、該ドラム３１４は、スパッタ堆積中にスパッタターゲット３０４に対して基板３０２を運搬するために使用される。場合によっては、アンテナが直線状であってもよいが、他の場合においては、アンテナが湾曲していてもよい。例えばアンテナは半月形であってもよい。

図３ａの例において、プラズマ生成配列１３０は、カートリッジ３００をスパッタ堆積装置１２６に挿入した状態で、カートリッジ３００の片側に位置する。そうであるが他の場合においては、プラズマ生成配列が、例えばカートリッジ３００の反対側で、互いに横方向に配置される少なくとも二つのアンテナを具備してもよい。例えばそのようなアンテナは、それぞれ平行に延びていてもよい。例えばこれは、カートリッジ３００の近くでのプラズマ３２０の正確な発生を可能にする。

図３のような例のスパッタ堆積装置１２６は、閉じ込め配列（図示せず）をさらに具備してもよい。閉じ込め配列は、プラズマ３２０を適切な領域に少なくとも一部閉じ込める閉じ込め磁場を供給するように配置される一以上の磁性素子を具備してもよく、使用中に基板３０２にターゲット材料のスパッタ堆積をもたらす。例えば、プラズマをカートリッジの外部で発生させ、続いてカートリッジ内に存在させる例においては、カートリッジ内にプラズマを少なくとも部分的に閉じ込めるために、閉じ込め配列を使用してもよい。

図３ａにおいては、カートリッジ３００がスパッタ堆積装置１２６に挿入されている様態で、スパッタ堆積装置１２６は、カートリッジ３００を具備する。カートリッジ３００は、基板３０２上にターゲット材料をスパッタ堆積した後に、堆積させたターゲット材料を有する基板３０２を収容するように配置される。カートリッジ３００は、スパッタ堆積装置１２６から取り外し可能である。取り外し可能なカートリッジ３００は、例えば、スパッタ堆積装置を損傷させることなく、カートリッジ３００をスパッタ堆積装置１２６から取り出せること、又はそうでなければ抜き出せることを意味する。例えばスパッタ堆積装置１２６は、スパッタ堆積装置１２６からカートリッジ３００を取り出すための取り出し構造を具備してもよい。

この場合においては、カートリッジ３００のケーシングが、透過領域１２８を具備してもよく、該透過領域１２８は、カートリッジ３００内でプラズマ３２０を発生させるために、スパッタ堆積装置１２６により生成され、伝搬される電場及び／又は磁場を少なくとも部分的に透過する。透過領域１２８は、例えば石英を含むか、或いは石英で形成される。この場合においては、プラズマ３２０を発生させるために、電場及び／又は磁場をプラズマ生成配列１３０により発生させ、伝搬させてもよい。この場合において、プラズマ生成配列１３０は、カートリッジの外部に存在する。しかしながら、電場及び／又は磁場を、透過領域１２８を経由してカートリッジ３００内に伝搬させてもよい。このようにして、プラズマ３２０をカートリッジ３００内、すなわちカートリッジ３００の堆積領域とみなされ得るカートリッジ内でプラズマを発生させてもよく、該堆積領域で、基板３０２へのターゲット材料のスパッタ堆積が起こる。

このような例においては、気体（空気など）を、スパッタ堆積前にカートリッジ３００から排気してもよく、場合によっては、カートリッジ３００に基板３０２を装填する前に排気してもよい。そうであるが、スパッタ堆積中、カートリッジ３００内でプラズマ３２０を発生させるために、アルゴンや窒素などの適切なプロセスガス又はスパッタガスを、カートリッジ３００にポンプで送り込んでもよい。例えば、窒素、酸素、アンモニア、窒素酸化物及び／又はヘリウムのような反応性気体を、適切な注入口を経由してカートリッジ３００に入れてもよく、基板３０２上でターゲット材料の反応性堆積を実行するプラズマ３２０により、スパッタターゲット３０４から放出された材料と相互作用させてもよい。反応性堆積中に、少なくとも一つの非反応性気体（アルゴンなど）を、カートリッジ３００に注入してもよい。反応性堆積において、堆積領域に注入され得る堆積領域内（この場合においてカートリッジ３００内）の気体は、スパッタターゲット３０４の放出された材料と化学的に反応し得る一以上の化学元素及び／又は分子を含んでもよい。結果として、放出された材料と反応性気体中の元素及び／又は分子が化学的に反応し、基板３０２上にターゲット材料として堆積する一以上の材料をもたらす。

この例において、透過領域１２８は、カートリッジ３００のケーシング全体に満たない領域にわたって延在する。例えば透過領域１２８は、カートリッジ３００の片側の透過窓と考えてもよい。そうであるが他の場合においては、カートリッジ３００のケーシングの全体又は大部分が、そのような電場及び／又は磁場を透過してもよい。

図３ａのスパッタ堆積装置１２６は、基板３０２へのターゲット材料のスパッタ堆積に用いる、基板３０２を支持するように配置される基板支持アセンブリ及び少なくとも一つのスパッタターゲット３０４を支持するように配置されるターゲット支持アセンブリ３１８をさらに具備する。図３ａのターゲット支持アセンブリ３１８は、電極１３２に電気的に接続され（図３ａにおいて、破線で概略的に示している）、該電極を経由して、電圧がスパッタターゲット３０４に関係する電磁石に印加され得る。電磁石に印加される電圧は、適切なコントローラー１３４により制御される。そのようなコントローラー１３４は、電磁石を通して電流を制御するように配置されるマイクロプロセッサーなどのプロセッサーを具備してもよく、結果として電磁石により供給される磁場強度を制御する。本明細書における磁場の制御の言及は、磁場強度を含む磁場の任意の特徴を制御することをいうと考えてもよい。

電磁石を、ターゲットごとのバイアスを供給するために制御してもよく、例えば要望通りに、異なるスパッタターゲットに隣接する領域にプラズマ３２０を閉じ込めるために、異なるそれぞれのスパッタターゲットに関係する磁場を制御することを可能にする。異なるスパッタターゲットに関係する磁場を制御することにより、結果として、例えば一方のスパッタターゲットの材料を他方よりも多く堆積させ、又は一方のスパッタターゲットより生じる材料を他方より多く堆積させるために、異なるスパッタターゲットの材料の堆積を制御できる。

この例においては、カートリッジ３００自体が基板支持アセンブリを具備し、該基板支持アセンブリは、第一のリール３０８及び第二のリール３１０、第一のローラー３１２及び第二のローラー３１６、並びにドラム３１４を備える。また、カートリッジ３００は、ターゲット支持アセンブリ３１８及びターゲット支持アセンブリ３１８により支持される少なくとも一つのスパッタターゲット３０４を具備する。しかしながら他の場合においては、カートリッジの外部のスパッタ堆積装置の領域で、基板支持アセンブリ及び／又はターゲット支持アセンブリを備えてもよい。図１に関して説明したように、基板支持アセンブリは、スパッタ堆積中に、少なくとも一つのスパッタターゲット３０４に対して基板を運搬するように配置されるコンベアシステムを具備してもよい。

図３ａの例において、スパッタ堆積プロセスの間、基板３０２はカートリッジ３００内に存在する。このような例において、カートリッジ３００を、スパッタ堆積中に真空下で密封してもよい。これは、スパッタ堆積中に放出された材料又はプラズマ３２０自体によるスパッタ堆積装置１２６の汚染をさらに減少させ得る。

第一のリール３０８から第二のリール３１０まで基板３０２を移動させた後、スパッタ堆積プロセスを停止してもよい。例えばプラズマ生成配列１３０の電源を切ってもよい。次に、カートリッジ３００を、スパッタ堆積装置１２６から取り出し、さらなる処理又は貯蔵のために移動させてもよい。スパッタ堆積装置１２６からカートリッジ３００を取り出した後、図３ａのカートリッジ３００と同様であり得るさらなるカートリッジをスパッタ堆積装置１２６に挿入してもよい。その後、さらなるカートリッジを使用してスパッタ堆積プロセスを再び実行してもよい。それぞれ異なるカートリッジにそれぞれ貯蔵される複数の基板上にターゲット材料を堆積させるために、このプロセスを繰り返し実行してもよい。スパッタ堆積装置１２６を、カートリッジの取り出しから次のカートリッジの挿入までの間に清掃してもよい。しかしながら、カートリッジ３００が、スパッタ堆積プロセスの汚れた部品（スパッタターゲット３０４から放出された材料やプラズマ３２０など）とスパッタ堆積装置１２６の構成要素（スパッタ堆積装置１２６のハウジング、プラズマ生成配列１３０、コントローラー１３４及び電極１３２などのスパッタターゲットバイアス若しくはプラズマの発生を制御するための電子回路、並びに／或いはプラズマを閉じ込める閉じ込め素子等）の接触を制限し得るため、スパッタ堆積装置１２６は、カートリッジがないスパッタ堆積装置よりも低頻度で清掃され得る。

基板３０２にターゲット材料をスパッタ堆積した後、及びその上に堆積させたターゲット材料を有する基板３０２を含むカートリッジ３００をスパッタ堆積装置１２６から取り外した後、続いて、基板３０２をカートリッジ３００から取り外してもよい。例えば基板３０２を取り外し、続いてエネルギー貯蔵デバイスに組み込んでもよい。その後、カートリッジ３００は、ターゲット材料を堆積させる新しい基板を第一のリール３０８に装填する補充プロセスを経てもよい。スパッタターゲット３０４のうち少なくとも一つを使い果たした場合又は消耗した場合、少なくとも一つのスパッタターゲットを、補充したスパッタターゲットと取り換えてもよい。場合によっては、スパッタターゲットのうち少なくとも一つを、異なる材料を含むスパッタターゲットと取り換えてもよく、これにより、異なるターゲット材料を基板に堆積させるために、カートリッジ３００を再利用することが可能になる。スパッタターゲットが大気条件に敏感な場合、例えばスパッタターゲットがリチウムを含む場合、少なくとも一つのスパッタターゲットの補充を真空条件下で実行してもよい。補充プロセスの間、カートリッジ３００の内部を清掃し、前のスパッタ堆積プロセスからのデブリを取り除いてもよい。しかしながら、スパッタ堆積装置１２６を他のカートリッジを処理するために使用する間に、これを実行してもよく、これは他のものよりも効率的にスパッタ堆積プロセスを続けられることを意味する。

他の場合において、基板３０２を取り換えること又は取り外すことなく、カートリッジ３００内のスパッタターゲット３０４のうち少なくとも一つを取り換えてもよい。例えば、最初、カートリッジ３００は、基板３０２にアノード層を堆積させるのに適したスパッタターゲットを具備してもよい。基板３０２上にアノード層を堆積させた後、スパッタターゲット３０４のうち少なくとも一つを、電解質層の材料を含むさらなるスパッタターゲットと取り換えてもよい。その後、カートリッジ３００を、スパッタ堆積装置１２６に再び挿入し、アノード層の上に電解質層を堆積させてもよい。固体電池などのエネルギー貯蔵デバイスの多数の層を製造するために、同様のプロセスを実行し、電解質層上にカソード層を堆積させてもよい。そのような場合においては、基板３０２にアノード層を堆積させる間に、第一のリール３０８から第二のリール３１０まで基板３０２を移動させてもよい。続いて、基板３０２の運搬方向Ｄを逆にし、アノード層上に電解質層を堆積する間に、第二のリール３１０から第一のリール３０８に基板３０２を移動させて戻してもよい。運搬方向Ｄを再度逆にし、電解質層上にカソード層を堆積する間に、第一のリール３０８から第二のリール３１０に基板を移動させてもよい。そうであるが、これは単なる例である。そうであるが他の場合においては、運搬方向を変えないままでもよい。そのような場合においては、各層の堆積後に、第一のリール３１０から第二のリール３０８に基板３０２を移動させて戻してもよい。

図３ａの例においては、カートリッジ３００のケーシングが、透過領域１２８を具備してもよい。しかしながら、図３ａのスパッタ堆積装置と同様のスパッタ堆積装置を、透過領域１２８ではなくカートリッジの堆積領域にプラズマが入るためのアパーチャー１２２を具備する図１及び２のカートリッジ１００、２００と共に使用してもよい。そのような場合においては、スパッタ堆積装置にカートリッジを挿入した後、且つカートリッジのアパーチャー１２２を開ける前に、スパッタ堆積プロセス中に真空をスパッタ堆積装置１２６内で作ってもよい。基板上にターゲット材料を堆積させた後、カートリッジのアパーチャー１２２を閉じてもよく、次にスパッタ堆積装置を大気圧に戻してもよい。その後、スパッタ堆積装置からカートリッジを取り出してもよい。必要ではないが、カートリッジ３００と共に使用する場合は、プラズマ３２０を、カートリッジ３００の外部ではなく、カートリッジ３００内で発生させる際、図３ａのスパッタ堆積装置１２６内で真空を作ってもよい。

図３ｂは、カートリッジを挿入していない図３ａのスパッタ堆積装置１２６を概略的に示している。スパッタ堆積装置１２６は、カートリッジをスパッタ堆積装置１２６から取り外し可能なように、上記で説明したカートリッジなどのカートリッジを支持するように配置されるカートリッジ支持アセンブリ１３６を具備する。例えば、カートリッジは、基板上へのターゲット材料のスパッタ堆積に用いる基板及び少なくとも一つのスパッタターゲットを備えてもよい。スパッタ堆積装置１２６は、基板上にターゲット材料をスパッタ堆積するためのプラズマを供給するプラズマ生成配列１３０をさらに具備する。

図３ｂの例において、スパッタターゲットに対して基板を運搬するために、スパッタ堆積装置１２６は、（一度スパッタ堆積装置１２６に挿入した）カートリッジ３００のコンベアシステムを駆動する駆動機構をさらに具備する。この例において、駆動機構は、駆動ローラー１３８ａ－１３８ｅを具備しており、該駆動ローラーは、それぞれ第一のリール１０８、第一のローラー１１２、ドラム１１４、第二のローラー１１６及び第二のリール１１０と係合し、カートリッジ３００のリール、ローラー及びドラムを回転させる。例えば、駆動ローラーが、例えば歯を介してカートリッジ３００のリール、ローラー及びドラムに収まって、一緒になるように、駆動ローラーは、カートリッジ３００のリール、ローラー及びドラムより直径が小さくてもよい。駆動ローラー１３８ａ－１３８ｅのうち一以上は、スピンドルであってもよく、該スピンドルは、例えば使用中にカートリッジ３００のリール、ローラー及び／又はドラムが回転する軸として機能する棒又はピンである。

図３ａ及び図３ｂのスパッタ堆積装置１２６において、スパッタ堆積は、カートリッジ３００内で起こる。図４ａ及び４ｂは、スパッタ堆積装置４２６のさらなる例の概略図であり、該スパッタ堆積装置４２６において、スパッタ堆積は、カートリッジ内ではなくカートリッジの外部で起こる。図３ａ及び図３ｂのスパッタ堆積装置１２６の対応する特徴に類似する図４ａ及び図４ｂのスパッタ堆積装置４２６の特徴は、前に４を付けているが同一の参照数字で表示している。対応する説明が適用される。

スパッタ堆積中にカートリッジ４００を挿入したスパッタ堆積装置４２６が、図４ａで示されている。スパッタ堆積装置４２６は、図４ａ及び図４ｂにおいて平面図で示されているが、図３ａ及び図３ｂは、異なるスパッタ堆積装置１２６の断面図を示している。

図４ａにおいて、スパッタ堆積装置４２６にカートリッジ４００を挿入する前に、カートリッジ４００は基板４０２を具備する。基板４０２は、第一のリール４０８から徐々にほどかれ、カートリッジ４００からスパッタ堆積装置４２６の堆積領域に入り、該堆積領域でスパッタ堆積が起こる。この場合において、スパッタ堆積装置４２６は、プラズマ生成配列４３０を具備し、該プラズマ生成配列４３０は、堆積領域内で、基板４０２の少なくとも一部の上に、スパッタターゲット４０４の材料を含むターゲット材料のスパッタ堆積又はそうでなければスパッタターゲット４０４の材料から生じたターゲット材料のスパッタ堆積をもたらすように配置される。この場合において、堆積領域は、カートリッジ４００の外部に存在する。

基板４０２上にターゲット材料をスパッタ堆積した後、基板４０２は、カートリッジ４０２に巻き戻され、第二のリール４１０に巻き付けられる。基板４０２の処理後、処理後の基板４０２を中に入れたままカートリッジ４００を密封してもよい。場合によっては、カートリッジ４００を真空下で密封してもよい。その後、カートリッジ４００を、スパッタ堆積装置４２６から取り外してもよい。

このような例において、スパッタ堆積装置４２６は、基板４０２が中に配置されているカートリッジ４００を受け取るように配置されてもよく、堆積領域（この場合ではカートリッジ４００の外部）内でスパッタ堆積をもたらすために、カートリッジ４００から堆積領域に基板４０２の少なくとも一部を輸送する輸送アセンブリ１４０を備えてもよい。輸送アセンブリ１４０は、スパッタ堆積後に、ターゲット材料が上に堆積している基板４０２の少なくとも一部を、カートリッジ４００中に輸送するようにさらに配置される。図４ａ及び図４ｂの例において、輸送アセンブリ１４０は、複数のローラー１４０ａ－１４０ｇ（合わせて輸送アセンブリ１４０と称する）を備える。しかしながら、これは単なる例である。

それゆえ、これらの例のカートリッジ４００は、基板４０２をカートリッジ４００から出し、その後、カートリッジ４００に再び入れることを可能にする少なくとも一つの適切なアパーチャーを具備してもよい。

図４ｂは、カートリッジが中に挿入されていない図４ａのスパッタ堆積装置４２６を示している。図４ｂのスパッタ堆積装置４２６は、カートリッジ支持アセンブリ４３６及び輸送アセンブリ１４０を駆動する駆動機構４３８を具備する。この場合において、駆動機構４３８は、第一のリール４０８及び第二のリール４１０も駆動する。しかしながら他の場合においては、第一のリール４０８及び／又は第二のリール４１０を個別に駆動してもよい。

図４ａ及び４ｂの例において、ターゲット支持アセンブリ４０４及びスパッタターゲット４０４は、カートリッジ４００の外部に示されている。ターゲット支持アセンブリ４０４及び／又はスパッタターゲット４０４は、カートリッジ４００をスパッタ堆積装置４２６に挿入する前であっても、カートリッジ４００の外部に存在してもよい。そうであるが他の場合において、ターゲット支持アセンブリ４０４及び／又はスパッタターゲット４０４は、カートリッジ４００をスパッタ堆積装置４２６に挿入するときに、カートリッジ４００内にあってもよい。次に、ターゲット支持アセンブリ４０４及び／又はスパッタターゲット４０４を、カートリッジ４００からスパッタ堆積装置４２６の異なる部分に輸送してもよい。図５は、そのような例を概略的に示している。図４の対応する特徴に類似する図５の特徴は、前に５を付けているが、同一の参照で表示している。対応する説明が適用される。

スパッタ堆積を開始する前の図５のスパッタ堆積装置５２６が示されている。この例において、スパッタ堆積装置５２６は、少なくとも一つのスパッタターゲット５０４が中に配置されているカートリッジ５００を受け取るように配置される。堆積領域（カートリッジ５００の外部）内でスパッタ堆積をもたらすために、スパッタ堆積装置５２６は、カートリッジ５００から堆積領域に少なくとも一つのスパッタターゲット５０４を輸送するように配置される輸送アセンブリ１４２をさらに備える。輸送アセンブリ１４２は、カートリッジ５００の外に基板５０２を輸送するように配置される輸送アセンブリ５４０と別のアセンブリであってもよいし、或いは同一の輸送アセンブリの一部を形成してもよい。輸送アセンブリ１４２は、図５で概略的に示されているが、任意の適切な形状を取ってもよい。例えば輸送アセンブリ１４２は、少なくとも一つのさらなるローラーを備えてもよい。

図５において、少なくとも一つのスパッタターゲット５０４は、カートリッジ５００からターゲット支持アセンブリ５１８に輸送される。しかしながら他の例においては、カートリッジ５００が、少なくとも一つのスパッタターゲット５０４とターゲット支持アセンブリ５１８の両方を具備してもよい。そのような場合においては、少なくとも一つのスパッタターゲット５０４及びターゲット支持アセンブリ５１８の両方を、カートリッジ５００の外に輸送してもよい。

少なくとも一つのスパッタターゲット５０４をカートリッジ５００の外に輸送した後、図５のスパッタ堆積装置５２６は、図４のスパッタ堆積装置４２６と同様に配置されてもよい。それゆえ、スパッタ堆積は、図４により説明したように起こり得る。

スパッタ堆積を停止した後に、少なくとも一つのスパッタターゲット５０４及び／又はターゲット支持アセンブリ５１８を、例えば輸送アセンブリ１４２により輸送してカートリッジ５００に戻してもよいし、或いはスパッタ堆積装置５２６に残してもよい。それゆえ、これらの例のカートリッジ５００は、少なくとも一つのスパッタターゲット５０４及び／又はターゲット支持アセンブリ５１８を、カートリッジ５００から出し、（少なくとも一つのスパッタターゲット５０４及び／又はターゲット支持アセンブリ５１８をカートリッジ５００に再び戻したい場合に）続いてカートリッジ５００に再び戻すことを可能にする少なくとも一つの適切なアパーチャーを具備してもよい。

上記の例は、例示的な例として理解されたい。さらなる例が予想される。例えば図１から３において、カートリッジは、第一のローラー、第二のローラー、及びドラムを具備し、これらはスパッタ堆積中に基板を運搬するコンベアシステムを共に形成する。しかしながら他の例においては、コンベアシステムの少なくとも一部（及び場合によっては、コンベアシステムの全体）が、カートリッジの外部に存在してもよい。例えばスパッタ堆積装置は、第一のローラー、第二のローラー及び／又はドラムを具備してもよく、カートリッジをスパッタ堆積装置に挿入するときに、それらをカートリッジに挿入してもよい。

上記の例においては、カートリッジのチャンバーを、真空下で保持してもよい。場合によっては、カートリッジが複数のチャンバーを有してもよく、該複数のチャンバーのうち少なくとも一つが真空下であってもよいし、スパッタ堆積中に開いていてもよく、そうでなければスパッタ堆積中に互いにつながれていてもよい。例えばカートリッジは、スパッタターゲットを収容するためのチャンバー、並びにスパッタ堆積の前及び／又は後に基板を収容するための少なくとも一つのさらなるチャンバーを有してもよい。

任意の一つの例に関連して説明した任意の特徴を単独で使用してもよいし、又は説明した他の特徴と組み合わせて使用してもよく、また、任意の他の例の一以上の特徴と組み合わせて使用してもよいし、又は任意の他の例の任意の組み合わせと組み合わせて使用してもよいことを理解されたい。さらに、上記で説明していない均等物及び改良物も、添付の特許請求の範囲から外れないで使用してもよい。

Claims (25)

1. 基板を支持するように配置された基板支持アセンブリ備えるスパッタ蒸着装置。
   ターゲット材料の基板上へのスパッタ蒸着に使用するための少なくとも１つのスパッタターゲットを支持するように配置されたターゲット支持アセンブリ.
   前記スパッタ蒸着のためのプラズマを提供するように構成されたプラズマ生成構成と、前記スパッタ蒸着後に、蒸着されたターゲット材料とともに前記基板を収容するように構成されたカートリッジであって、前記カートリッジは、前記スパッタ蒸着装置から取り外し可能であるカートリッジと、を備える、カートリッジ。
2. 請求項１記載のスパッタ蒸着装置において、前記カートリッジは、蒸着されたターゲット材料とともに前記基板の少なくとも一部を真空中に収容するように構成された真空チャンバを備えることを特徴とするスパッタ蒸着装置。
3. 前記カートリッジは、前記ターゲット支持アセンブリおよび前記少なくとも１つのスパッタターゲットをさらに備える、請求項１または請求項２に記載のスパッタ蒸着装置。
4. 前記プラズマ生成配置は、前記スパッタ蒸着装置の蒸着ゾ－ン内にプラズマを提供するように構成され、前記カートリッジは、前記蒸着ゾ－ンを備える、請求項１～３のいずれか一項に記載のスパッタ蒸着装置。
5. 前記プラズマ生成配置は、前記プラズマの生成および伝搬のための電場および／または磁場を生成するように構成され、前記カートリッジのケーシングは、前記電場および／または前記磁場のために少なくとも部分的に透過する透過領域を備え、前記カートリッジの前記堆積ゾ－ン内に前記プラズマを生成する、請求項４に記載のスパッタ堆積装置。
6. 前記カートリッジは、前記基板、前記基板支持アセンブリ、前記ターゲット支持アセンブリ、および前記ターゲット支持アセンブリによって支持される前記少なくとも１つのスパッタターゲットを含み、前記カートリッジは、前記スパッタ蒸着の間、真空下でシールされる、請求項４または請求項５に記載のスパッタ蒸着装置。
7. 前記カートリッジは、前記カートリッジの前記堆積ゾ－ンへの前記プラズマの進入のための開口を備え、任意選択的に、前記開口は、密閉可能である、請求項４に記載のスパッタ堆積装置。
8. 前記プラズマ生成配置は、前記スパッタ蒸着装置の蒸着ゾ－ン内にスパッタ蒸着のためのプラズマを提供するように構成され、前記蒸着ゾ－ンは前記カートリッジの外側にある、請求項１または請求項２に記載のスパッタ蒸着装置。
9. 請求項８に記載のスパッタ蒸着装置において、前記スパッタ蒸着装置は、前記基板が内部に配置された状態で前記カートリッジを受け取るように構成され、前記スパッタ蒸着装置は、に配置された輸送アセンブリを備えることを特徴とするスパッタ蒸着装置であり、
   基板の少なくとも一部分をカートリッジから堆積ゾ－ン内に輸送し、堆積ゾ－ン内に前記スパッタ堆積を提供し、前記スパッタ堆積後に、少なくとも基板の一部分をカートリッジ内に輸送する。
10. 前記スパッタ蒸着装置は、前記少なくとも１つのスパッタターゲットが内部に配置された状態で前記カートリッジを受け入れるように構成され、前記輸送アセンブリは、さらに次のように配置される、請求項９に記載のスパッタ蒸着装置であり、
    少なくとも１つのスパッタターゲットをカートリッジから堆積ゾ－ン内に輸送し、堆積ゾ－ン内に前記スパッタ堆積を提供する。
11. 前記基板支持組立体は、前記スパッタ蒸着中に前記少なくとも１つのスパッタターゲットに対して前記基板を搬送するように構成されたコンベヤシステムを備える、請求項１～１０のいずれか１項に記載のスパッタ蒸着装置。
12. スパッタ蒸着装置に挿入するためのカートリッジであって、該カートリッジが備える、カートリッジ、基板。
    スパッタ蒸着装置を使用して、ターゲット材料を基板上にスパッタ蒸着する際に使用するための少なくとも１つのスパッタターゲットと、前記スパッタ蒸着後に、蒸着されたターゲット材料で前記基板を保管するためのチャンバと、を備える。
13. 前記チャンバは、真空を閉じ込めるための密閉可能なチャンバである、請求項１２に記載のカートリッジ。
14. 前記チャンバが真空チャンバである、請求項１２または１３に記載のカートリッジ。
15. 前記チャンバが、前記スパッタ蒸着の前後に、前記基板と、前記少なくとも１つのスパッタターゲットとを備える、請求項１２～１４のいずれか一項に記載のカートリッジ。
16. 前記チャンバが、前記スパッタ蒸着中に前記少なくとも１つのスパッタターゲットに対して前記基板を搬送するように配置されたコンベヤシステムを備え、随意に、前記コンベヤシステムが、ロ－ラを備える、請求項１５に記載のカートリッジ。
17. 前記スパッタ蒸着装置によって生成されるプラズマの進入のための開口を備え、任意選択的に、前記開口は密閉可能である、請求項１２～１６のいずれか一項に記載のカートリッジ。
18. カートリッジのケーシングが、電場および／またはスパッタ蒸着装置によって生成される磁場に対して少なくとも部分的に透過する透過領域を備え、カートリッジ内でプラズマを生成する、請求項１２～１７のいずれか一項に記載のカートリッジ。
19. 前記基板は可撓性を有し、前記チャンバは、前記スパッタ蒸着後に堆積されたターゲット材料で前記基板を支持するリールを備える、請求項１２～１８のいずれか一項に記載のカートリッジ。
20. 前記リールは第２のリールであり、前記カートリッジは、前記スパッタ蒸着前に前記基板を支持するための第１のリールを備える、請求項１９に記載のカートリッジ。
21. 前記カートリッジは、前記基板および／または前記少なくとも１つのスパッタターゲットを前記カートリッジから輸送するように配置された輸送アセンブリを備える、請求項１２～２０のいずれか一項に記載のカートリッジ。
22. 前記ターゲット材料が、エネルギ－蓄積装置の電極層または電解質層の材料を含む、請求項１２～２１のいずれか一項に記載のカートリッジ。
23. スパッタ蒸着装置を用いてターゲット材料を基板上にスパッタ蒸着する際に使用するための基板および少なくとも１つのスパッタターゲットを含むカートリッジを支持するように構成されるカートリッジ支持組立体であって、該カートリッジがスパッタ蒸着装置から取り外し可能であるように構成されるカートリッジ支持組立体と、該スパッタ蒸着のためのプラズマを提供するように構成されるプラズマ発生装置と、を備える、カートリッジ支持組立体。
24. 前記プラズマ生成構成は、前記スパッタ蒸着装置の蒸着ゾ－ン内に前記スパッタ蒸着のための前記プラズマを提供するように構成され、前記カートリッジは、前記蒸着ゾ－ンを備える、請求項２３に記載のスパッタ蒸着装置。
25. 基板の少なくとも一部をカートリッジからスパッタ蒸着装置の蒸着ゾ－ン内に搬送し、蒸着ゾ－ン内に前記スパッタ蒸着を提供し、前記蒸着ゾ－ンがカートリッジの外側にあるスパッタ蒸着を提供し、そして、前記スパッタ蒸着の後に、少なくとも基板の一部をカートリッジ内に搬送し、任意に、前記搬送アセンブリは、さらに、少なくとも１つのスパッタターゲットをカートリッジから前記蒸着ゾ－ン内に搬送し、前記蒸着ゾ－ン内に前記スパッタ蒸着を提供するように構成されるように配置された輸送アセンブリを備える、請求項２３に記載のスパッタ蒸着装置。
    

Images