JP2023540659A - ノズルアセンブリ、蒸発源、堆積システム、及び基板上に蒸発した材料を堆積させる方法 - Google Patents

Abstract

蒸発した材料を基板に導くためのノズルアセンブリが記載される。ノズルアセンブリは複数のノズルを含み、複数のノズルのうちの１又は複数のノズルは、第１の端部及び第２の端部を有する第１のノズルセクションであって、第２の端部に蒸気出口を含む、第１のノズルセクションと、蒸気出口にある、又は蒸気出口に隣接するオリフィスであって、オリフィス直径を有するオリフィスとを含む。【選択図】図４

Description

［０００１］本開示の実施形態は、真空チャンバにおける熱蒸発による基板コーティングに関する。本開示の実施形態は更に、蒸発を介したフレキシブル基板、例えばフレキシブル金属箔への１又は複数のコーティングストリップの堆積に関する。特に、実施形態は、例えばＬｉ電池の製造のための、フレキシブル箔へのリチウムの堆積に関する。具体的には、実施形態は、気相堆積装置、真空チャンバにおいて基板をコーティングする方法、及び気相堆積装置を設置する方法に関する。

［０００２］基板に堆積させるための様々な技法、例えば、化学気相堆積（ＣＶＤ）及び物理的気相堆積（ＰＶＤ）が知られている。高い堆積速度での堆積には、ＰＶＤプロセスとして熱蒸発が使用され得る。熱蒸発の場合、ソース材料が加熱されて、例えば基板に堆積され得る蒸気が生成される。加熱されたソース材料の温度が上がると、蒸気濃度が上昇し、高い堆積速度が容易になり得る。高い堆積速度を達成するための温度は、ソース材料の物理的特性、例えば、温度の関数としての蒸気圧に依存し、基板の特性又は物理的限界、例えば、融点によって制限される可能性がある。

［０００３］例えば、基板に堆積される材料は、るつぼで加熱され、高い蒸気圧の蒸気が生成され得る。蒸気は、るつぼから、複数のノズルを有する加熱蒸気分配器へと輸送され得る。蒸気は、１又は複数のノズルによって、例えば真空チャンバにおけるコーティング領域の基板上に方向づけされ得る。

［０００４］Ｌｉ電池等の電池の製造のために、フレキシブル基板、例えば銅基板への蒸着による金属、例えばリチウムの堆積が使用され得る。例えば、電池のアノードを製造するために、薄いフレキシブル基板にリチウム層が堆積され得る。アノード層スタック及びカソード層スタックを、オプションでその間に電解質及び／又はセパレータを用いて組み立てた後、製造された層配置を圧延する又は他の方法で積み重ねて、Ｌｉ電池が製造され得る。

［０００５］特に高堆積速度における蒸着プロセスにおいては、基板への熱負荷は、主に基板上に堆積された材料の凝縮エネルギーによって供給され得る。特に、例えばロールツーロールプロセスにおける基板においては、基板への熱負荷は、良好に制御されるべきプロセスパラメータである。熱負荷は、堆積速度を増加又は最大化しながら、有益に良好に制御される。

［０００６］従って、基板への熱負荷が、特に高い堆積速度において改善され得る、真空チャンバにおいて基板をコーティングするための気相堆積装置及び方法が有益である。更に、ソース材料の利用が有利に改善される。これにより、製造コストを削減することができ、層品質を向上させることができる。

［０００７］上記に鑑み、真空チャンバにおいて基板をコーティングするためのノズルアセンブリ、蒸発源、堆積システム、及び方法、並びに基板上に蒸発した材料を堆積させる方法が提供される。本開示の更なる態様、利点及び特徴は、説明及び添付の図面から明らかである。

［０００８］一実施形態によれば、蒸発した材料を基板に導くためのノズルアセンブリが提供される。ノズルアセンブリは複数のノズルを含み、複数のノズルのうちの１又は複数のノズルは、第１の端部及び第２の端部を有する第１のノズルセクションであって、第２の端部に蒸気出口を含む、第１のノズルセクションと、蒸気出口にある、又は蒸気出口に隣接するオリフィスであって、オリフィス直径を有するオリフィスとを含む。

［０００９］一実施形態によれば、基板に蒸発した材料を堆積させるための蒸発源が提供される。蒸発源は、列方向に延在し、互いに隣接して配置された複数のノズル列を含むノズルアセンブリを含み、複数のノズル列は、列方向に列オフセットだけ互いに対してずれている。

［００１０］一実施形態によれば、基板に蒸発した材料を堆積させるための蒸発源が提供される。蒸発源は、列方向に延在し、互いに隣接して配置された複数のノズル列を含むノズルアセンブリを含み、複数のノズル列は、列方向に列オフセットだけ互いに対してずれている。複数のノズルのうちの１又は複数のノズルは、第１の端部及び第２の端部を有する第１のノズルセクションであって、第２の端部に蒸気出口を含む、第１のノズルセクションと、蒸気出口にある、又は蒸気出口に隣接するオリフィスであって、オリフィス直径を有する、オリフィスとを含む。

［００１１］一実施形態によれば、基板上に蒸発した材料を堆積させるための堆積システムが提供される。堆積システムは、本開示の実施形態に係る１又は複数の蒸発源と、１又は複数の蒸発源に向けて基板を輸送するための輸送装置とを含む。

［００１２］一実施形態によれば、基板上に蒸発した材料を堆積させる方法が提供される。本方法は、基板を蒸発源に輸送することであって、蒸発源は、本明細書に記載のいずれかの実施形態に係るノズルアセンブリを含む、基板を蒸発源に輸送することと、デフォーカスされた材料のプルームを基板上に堆積させるために、蒸発した材料をノズルアセンブリの複数のノズルを通して導くこととを含む。

［００１３］上述した本開示の特徴を詳細に理解できるように、実施形態を参照しながら、上記に要約した本開示をより具体的に説明する。添付の図面は本開示の実施形態に関するものであり、以下に説明する。

本開示の実施形態に係る気相堆積装置を示す概略断面図である。 本開示の実施形態に係る蒸発器のノズルを示す概略断面図である。 本開示の実施形態に係る蒸発器のノズルを示す概略断面図である。 本開示の実施形態に係る気相堆積装置を示す概略図である。 本開示の実施形態に係る蒸発器のノズル領域を示す概略図である。 本明細書に記載の実施形態に係る、真空チャンバにおいて基板をコーティングする方法を説明するためのフロー図である。 本明細書に記載の実施形態に係る、薄い基板に層、特に厚い層、より詳細には厚いＬｉ層を堆積させる方法を説明するためのフロー図である。

［００１４］ここで、本開示の様々な実施形態について詳細に参照し、その1又は複数の実施例を図に示す。以下の図面の説明内では、同じ参照番号は同じ構成要素を指す。個々の実施形態に関する相違点のみが説明される。各実施例は、本開示の説明のために提供されるものであり、本開示を限定するものではない。更に、ある実施形態の一部として図示又は説明した特徴を、他の実施形態上で又は他の実施形態と共に使用して、更なる実施形態を生み出すことができる。本明細書は、そのような修正例及び変形例を含むものである。

［００１５］以下の図面の説明の中で、同じ参照番号は、同じ又は類似の構成要素を指している。一般に、個々の実施形態に関する相違点のみが説明される。特に指定しない限り、１つの実施形態における部分又は態様の説明は、他の実施形態における対応する部分又は態様にも適用される。

［００１６］本開示の実施形態は、真空チャンバ内への蒸発による薄膜コーティングに関する。基板に堆積される材料は、蒸発温度まで加熱される。蒸発速度は、温度を上昇させることによって増加させることができる。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる幾つかの実施形態によれば、所定のコーティング速度のための蒸発温度は、材料の蒸気圧曲線に依存し得る。基板に堆積される材料の蒸気は、蒸気圧関連温度よりも低い温度を有する基板表面で凝縮する。

［００１７］材料の凝縮時に、蒸気は、基板に凝縮エネルギーを導入し、基板を加熱する。特に、本開示の実施形態に係る真空チャンバにおけるプロセスの場合、基板への熱負荷は主に凝縮エネルギーに基づくものであり得る。薄い基板、例えばウェブ又は箔の場合、熱負荷は有利に良好に制御される。本開示の実施形態は、基板上の温度ホットスポットを低減又は回避する。

［００１８］本開示の実施形態によれば、真空チャンバにおいて蒸発によってコーティングするための装置及び方法が提供される。蒸発によって基板にソース材料を堆積させるために、ソース材料は、蒸気源の内部、例えば蒸気源のるつぼの内部で、ソース材料の蒸発又は昇華温度を超えて加熱され得る。本開示の実施形態は、基板表面以外の表面での凝縮を減少させ、その結果、真空チャンバにおける漂遊コーティングに起因する洗浄作業及び材料の無駄が削減され得る。更に、本開示の実施形態は、気相堆積中に基板がフレキシブルで、及び／又は湾曲した状態であっても、基板上に明確に画定されたシャープなコーティング層のエッジを提供する。また更に、本明細書に開示される実施形態は、移動する基板支持体、特にコーティングドラムの湾曲したドラム表面上に配置されている間に基板がコーティングされる場合であっても、正確な基板エッジマスキングを可能にし得る。

［００１９］図１は、本明細書に記載の実施形態に係る気相堆積装置１００の概略図である。気相堆積装置１００は、コーティングされる基板１０を支持するための基板支持体１１０を含む。気相堆積装置１００は更に、蒸気伝播領域２０を通して基板支持体１１０に向かって蒸気１５を方向づけするための複数のノズル１２１を有する蒸気源１２０を含む。蒸気伝播領域２０は、複数のノズル１２１によって蒸気が方向づけされる、蒸気源１２０と基板支持体との間の領域又は空間として理解することができる。複数のノズル１２１によって放出される蒸気の少なくとも大部分が、蒸気伝播領域２０、すなわち複数のノズル１２１の下流の画定された領域に閉じ込められると有益であり、これにより、真空チャンバの内部であるが蒸気伝播領域２０の外側の他の構成要素、例えば真空チャンバの壁の漂遊コーティングが減少し得る又は回避され得る。

［００２０］本明細書に記載の幾つかの実施形態では、基板支持体１１０は移動可能であり、気相堆積中に基板１０を蒸気源１２０を越えて移動させることができる。コーティング材料なしに維持されるべき基板１０の領域の正確なマスキング、具体的には基板エッジの正確なマスキング（本明細書では「エッジ除外」とも呼ばれる）が提供され得る。

［００２１］幾つかの実装態様では、基板支持体１１０は、湾曲したドラム表面１１１を有する回転可能なドラムであり、気相堆積装置は、湾曲したドラム表面１１１上の基板１０を蒸気源１２０を越えて周方向Ｔに移動させるように構成される。例えば、基板はフレキシブルウェブ又は箔であってよく、気相堆積システムはロールツーロール堆積システムであってよい。

［００２２］本明細書で使用する「周方向Ｔ」は、コーティングドラムが軸Ａの周りを回転するときの湾曲したドラム表面１１１の移動方向に対応するコーティングドラムの円周に沿った方向と理解することができ、周方向は、基板が湾曲したドラム表面Ａ上で蒸気源１２０を越えて移動されるときの基板輸送方向に対応する。幾つかの実施形態では、コーティングドラムは、３００ｍｍから１４００ｍｍ、又はそれ以上の範囲の直径を有していてよい。

［００２３］気相堆積装置１００は、フレキシブル基板、例えば箔をコーティングするためのロールツーロール堆積システムであってよい。コーティングされる基板は、５０μｍ以下、特に２０μｍ以下、更には６μｍ以下の厚さを有していてよい。例えば、金属箔又は金属がコーティングされたフレキシブル箔が、気相堆積装置においてコーティングされ得る。幾つかの実装態様では、基板１０は、３０μｍ未満、例えば１０μｍ以下の厚さを有する薄い銅箔又は薄いアルミニウム箔である。

［００２４］ロールツーロール堆積システムでは、基板１０を保管スプールから巻きほどいて、基板をコーティングドラムの湾曲したドラム面１１１上に導きながら、少なくとも１又は複数の材料層を基板に堆積させることができ、コーティングされた基板は堆積後に巻き取りスプールに巻き取られ得る、及び／又は更なる堆積装置においてコーティングされ得る。

［００２５］本明細書に記載の実施形態によれば、気相堆積装置は更に、蒸気源１２０から基板支持体１１０に向かって延在し、蒸気伝播領域２０を少なくとも部分的に囲む加熱可能シールド１３０を含む。特に、加熱可能シールド１３０は、蒸気源１２０、例えば蒸気源１２０の周辺部、又は真空チャンバの別の静止支持体に取り付けられていてよく、蒸気源１２０から基板支持体１１０に向かって延在していてよい。加熱可能シールド１３０は、気相堆積装置の真空チャンバに静止して取り付けられていてよい、すなわち、加熱可能シールドは基板支持体１１０と共に移動しない。加熱可能シールド１３０は、加熱可能シールド１３０が少なくとも部分的に又は全体的に蒸気伝播領域２０を囲み、蒸気伝播領域の外側での蒸気１５の伝播を減少させる又は防止するような形状であってよい。言い換えれば、加熱可能シールド１３０は、蒸気伝播領域２０の側壁を形成し、蒸気１５又はその少なくとも大部分を蒸気伝播領域内に閉じ込めることができる。加熱可能シールドによって（少なくとも部分的又は全体的に）囲まれた蒸気伝播領域２０の外側の表面上の浮遊コーティングを減少させることができ、装置の洗浄を容易にすることができる。

［００２６］特に、図１の断面図に概略的に示すように、蒸気伝播領域２０の少なくとも２つの対向する横側面に加熱可能シールド１３０を配置して、図１における左側及び右側に向かって、すなわちコーティングドラムの軸Ａに沿って延在する横方向Ｌに蒸気伝播領域２０から蒸気が出るのを防止することができる。更に、幾つかの実施形態では、加熱可能シールド１３０は、蒸気伝播領域２０の基板入口側（蒸気伝播領域２０の基板入口壁を画定する）及び基板出口側（蒸気伝播領域２０の基板出口壁を画定する）の少なくとも一方にも配置され得る（図１には図示せず）。２つ以上の蒸気源がコーティングドラムの周辺部で互いに隣接して配置される場合（図３参照）、２つ以上の蒸気源の２つ以上の蒸気伝播領域は、加熱可能シールドによって互いに完全に分離されていなくてよい、すなわち加熱可能シールドは、２つの隣接する蒸気源間の接合面で部分的に開いた側壁を有していてよい又は側壁を有していなくてよい。

［００２７］加熱可能シールド１３０は加熱可能であり、加熱可能シールド１３０が動作温度、例えば幾つかの実施形態では５００℃以上の動作温度に加熱されたときに、加熱可能シールド１３０への蒸気の凝縮が低減又は防止され得る。加熱可能シールド１３０への蒸気の凝縮を防止することは、洗浄作業を減らすことができるので有益である。更に、加熱可能シールド１３０へのコーティングにより、加熱可能シールドによって提供されるコーティングウィンドウの寸法が変化し得る。特に、わずか数ミリメートルの範囲、例えば約１ミリメートル以下の間隙が、加熱可能シールド１３０と基板支持体１１０との間に設けられた場合、加熱可能シールドへのコーティングは、間隙寸法の変化、ひいては基板に堆積したコーティング層のエッジ形状の望ましくない変化につながる。更に、加熱可能シールドにソース材料が蓄積されないと、ソース材料の利用が向上し得る。具体的には、加熱可能シールドが蒸気凝縮温度を上回り得る動作温度に加熱される場合、蒸気伝播領域２０の内部を伝播する本質的に全てのソース材料が、基板表面のコーティングに使用され得る。

［００２８］本明細書で使用する「蒸気凝縮温度」は、それを上回ると蒸気１５がもはや加熱可能シールドに凝縮しない、加熱可能シールドの閾値温度として理解することができる。加熱可能シールド１３０の動作温度は、蒸気凝縮温度であってよい、又は蒸気凝縮温度よりも（わずかに）高い温度であってよい。例えば、基板支持体への過剰な熱放射を避けるために、加熱可能シールドの動作温度は、蒸気凝縮温度より５℃から５０℃高くてよい。蒸気凝縮温度は、蒸気圧に依存することに留意されたい。蒸気伝播領域２０の複数のノズル１２１の下流の蒸気圧は、蒸気源１２０のるつぼ１６０内部及び／又は分配器１６１内部の蒸気圧より低いため、るつぼ１６０及び／又は分配器１６１内部の蒸気は、蒸気伝播領域２０内の蒸気１５より低い温度で既に凝縮してしまう可能性がある。本明細書で使用する「蒸気凝縮温度」は、蒸気伝播領域２０の複数のノズルの下流の加熱可能シールドの温度に関するものであり、加熱可能シールドへの蒸気の凝縮を回避するものである。本明細書で使用する「蒸発温度」は、ソース材料が蒸発する複数のノズル１２１の上流の蒸気源１２０の内部の温度に関するものである。蒸気源１２０内の蒸発温度は、典型的には、蒸気伝播領域２０内部の蒸気凝縮温度よりも高い。例えば、蒸気源内部の蒸発温度は、６００℃を超える温度に設定することができ、一方で、複数のノズル１２１の下流の蒸気凝縮温度は、リチウムが蒸発する場合、６００℃未満、例えば５００℃から５５０℃であってよい。本明細書に記載の実施形態では、蒸気源内部の温度は６００℃以上であってよく、一方で、気相堆積の際に、加熱可能シールドの動作温度は６００℃未満、例えば５００℃から５５０℃に設定され得る。

［００２９］例えば５００℃から５５０℃の動作温度で提供される加熱可能シールドに当たった蒸気は、それぞれの蒸気分子が加熱可能シールド表面にではなく基板表面に行き着くように、直ちに再蒸発し得る、又は加熱可能シールド表面から反射し得る。加熱可能シールドへの材料の蓄積が低減又は防止され得、洗浄作業を減らすことができる。

［００３０］「加熱可能シールド」は、気相堆積中に加熱可能シールドの温度を所定の動作温度に設定し、加熱可能シールドへの蒸気の凝縮を低減又は防止することができるので、本明細書では「温度制御シールド」とも称され得る。特に、加熱可能シールドの温度を所定範囲に維持するように制御することが可能である。気相堆積中の加熱可能シールドの温度を制御するために、コントローラと、コントローラによって制御されるそれぞれの加熱配置とが設けられ得る。

［００３１］本明細書に記載の実施形態によれば、加熱可能シールド１３０は、コーティングされるべきでない基板の領域をマスキングするためのエッジ除外部分を含み得る。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる幾つかの実施形態では、蒸気源１２０は、金属、特に５００℃以上、特に６００℃以上の蒸発温度を有する金属を蒸発させるように構成され得る。幾つかの実装態様では、蒸気源１２０は、基板にリチウム層を堆積させるように構成され得る。蒸気源１２０は、６００℃以上、特に８００℃以上の温度に加熱されるように構成されたるつぼ１６０と、るつぼ１６０から複数のノズル１２１に蒸気を導くように構成された分配器１６１とを含んでいてよく、分配器の内部領域は６００℃以上、特に８００℃以上の温度に加熱され得る。

［００３２］気相堆積装置は更に、加熱可能シールド１３０を蒸気凝縮温度を超える動作温度、特に５００℃以上６００℃以下、特に５００℃以上５５０℃以下の温度に能動的又は受動的に加熱するための加熱配置１４０を含み得る。加熱可能シールド１３０の表面の温度が蒸気凝縮温度未満であると、蒸気１５が加熱可能シールドの表面で凝縮する可能性がある。したがって、加熱可能シールドの動作温度は、蒸気凝縮温度を超えるように制御され得る。具体的には、基板への過剰な熱負荷を回避するために、加熱可能シールドの動作温度は、蒸気凝縮温度よりもわずかに高い程度、例えば蒸気凝縮温度よりも１０℃以上、５０℃以下であってよい。

［００３３］幾つかの実施形態では、気相堆積装置は、加熱配置１４０に接続されたコントローラ１４１を含み、コントローラ１４１は、加熱可能シールド１３０の温度を、蒸気源１２０の内部の温度より低く、蒸気凝縮温度より高くなるように制御するように構成される。したがって、本明細書では、加熱可能シールドは「温度制御シールド」とも称され得る。加熱可能シールドの動作温度は、基板への熱負荷を低減するために、できるだけ低いことが望ましいが、加熱可能シールドへの蒸気の凝縮が防止されるように十分に高いことが望ましい。蒸気源１２０の内部の圧力は一般的に、複数のノズル１２１の下流の蒸気伝播領域２０の内部の圧力よりも高いので、加熱可能シールドの動作温度は通常、蒸気源１２０の内部、例えば、蒸気源のるつぼ１６０又は分配器１６１の内部の蒸発温度よりも低い。

［００３４］本開示の実施形態によれば、蒸気は、複数のノズル１２１、例えばノズルアセンブリによって、分配器１６１から基板に向かって導かれる。蒸気は、加熱されたチューブシステムのるつぼから分配器１６１に導かれ、ノズル１２１を通ってコーティングチャンバ内に、例えば、コーティングされる基板に向かって導かれる。

［００３５］本開示の実施形態は、均一なコーティングを提供することによって、基板上の温度ホットスポットを低減する。均一なコーティングの結果、凝結エネルギーに基づく均一な熱分布がもたらされる。

［００３６］図２Ａは、ノズルアセンブリに設けられた１又は複数のノズルのうちの例示的なノズル１２１を示す図である。第１のノズルセクション２３０は、第１の端部１３２及び第２の端部１３４を有する。オプションとして、第２のノズルセクション２２０が設けられる。第２のノズルセクションは、蒸気入口１２２を含む。蒸気入口１２２は、分配器１６１に面する。蒸気は、蒸気入口１２２からノズルを通って蒸気出口１３６に移動する。第２のノズルセクションは、直径Ｄ１を有する。第１のノズルセクション２３０の第１の端部１３２は、第２のノズルセクション２２０に面する。第２の端部１３４は、蒸気出口１３６を含む。

［００３７］本開示の実施形態によれば、オリフィス１３８は、蒸気出口１３６のところに又はそれに隣接して設けられる。オリフィスは、直径Ｄ３を有し得る。オリフィスは、直径が縮小された領域を提供する。本明細書に記載の実施形態によれば、ノズル形状は、広がりを提供するように構成される。集束した蒸発プルームが回避される、又は低減する。集束した蒸発プルームを回避又は低減させることにより、ノズルの直前での堆積速度の上昇、ひいては温度ホットスポットを回避又は低減させることができる。特にイレート堆積の場合、基板への熱影響の大部分は、基板への蒸発した材料の凝縮エネルギーに起因するため、ノズルプルームのデフォーカスにより、基板上のホットスポットを低減させる又は防止することができる。

［００３８］本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる幾つかの実施形態によれば、第１のノズルセクションの直径Ｄ２は、１ｍｍから１５ｍｍであってよい。本開示の幾つかの実施形態によれば、オリフィス直径の直径減少は、１０％から９０％であり得る。例えば、オリフィス直径の４０％から７０％の縮小により、基板上に堆積される材料のプルームが広がる。

［００３９］一実施形態によれば、蒸発した材料を基板に導くためのノズルアセンブリが提供される。ノズルアセンブリは、複数のノズルを含み得る。複数のノズルのうちの１又は複数のノズル１２１は、蒸気入口１２２を有し、第２の直径Ｄ１を有する第１のノズルセクション２３０と、オプションの第２のノズルセクション２２０とを含む。第１のノズルセクションは、第１の端部１３２及び第２の端部１３４を有し、第１のノズルセクションは、第２の端部に蒸気出口１３６を含む。蒸気出口１３６に、又はそれに隣接して、オリフィス直径Ｄ３、すなわち縮小された直径を有するオリフィス１３８が設けられる。

［００４０］本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる幾つかの実施形態によれば、第１のノズルセクション２３０は、第１の端部と第２の端部との間の距離に沿った第１の直径Ｄ２を含み、第１の直径Ｄ２は、第２のノズルセクション２２０の第２の直径Ｄ１より小さく、オリフィス直径Ｄ３より大きくてよい。加えて又は代替的に、図２Ａに示すように、ノズルアセンブリは、オリフィス１３８と蒸気出口との間に拡径部２４０を備える。例えば、拡径部の直径は、オリフィスから蒸気出口に向かって増加する。拡径部により、ノズルにおけるシャープなエッジが低減し、ノズルでの材料の凝縮の可能性が低下し得る。

［００４１］図２Ｂは、ノズルアセンブリに設けられた１又は複数のノズルのうちの更なる例示的なノズル１２１を示す図である。第１のノズルセクション２３０は、図２Ａに関して説明した実施形態と同様の第１の端部１３２及び第２の端部１３４を有する。図２Ａに示す第２のノズルセクションは、この実施形態では省略される。第１のノズルセクションの第１の端部は、蒸気入口を含む。蒸気入口は、分配器１６１に面する。蒸気は、蒸気入口からノズルを通って蒸気出口１３６に移動する。第２の端部１３４は、蒸気出口１３６を含む。

［００４２］本開示の実施形態によれば、オリフィス１３８は、蒸気出口１３６のところに又はそれに隣接して設けられる。オリフィスは、直径Ｄ３を有し得る。オリフィスは、図２Ａに関して説明したように、直径が縮小された領域を提供する。

［００４３］本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる幾つかの実施形態によれば、第１のノズルセクションの直径Ｄ２は、１ｍｍから１５ｍｍであってよい。本開示の幾つかの実施形態によれば、オリフィス直径の直径減少は、１０％から９０％であり得る。例えば、オリフィス直径が４０％から７０％縮小した結果、基板上に堆積される材料のプルームが広がる。

［００４４］追加的又は代替的に、図２Ｂに示すように、ノズルアセンブリは、オリフィスと蒸気出口との間に拡径部２４０を備える。例えば、拡径部の直径は、オリフィスから蒸気出口に向かって増加する。拡径部により、ノズルにおけるシャープなエッジが低減し、ノズルでの材料の凝縮の可能性が低下し得る。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる別の更なる実施形態によれば、オリフィスに、丸いエッジ及び角部が設けられ得る。拡径部は、例えば０．２ｍｍ以上の半径を有する丸い形状のオリフィスによって設けることができる。

［００４５］本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる幾つかの実施形態によれば、複数のノズルは、それぞれのノズルの蒸発した材料のプルームを広げるように構成され、特に、１又は複数のノズルは、基板の上に凝縮熱を均一に分布させるように構成される。例えば、第１の直径Ｄ２は、１ｍｍから１５ｍｍであってよい。オリフィス直径Ｄ３の寸法は、第１の直径Ｄ２の寸法の０．１倍から０．９倍であってよい。

［００４６］上述したように、ノズルアセンブリの１又は複数のノズルに対し、材料プルームの広がりを提供することができる。より均一な材料分布、ひいては、より均一な熱負荷が提供され得る。本開示の実施形態によれば、ノズルアセンブリの１又は複数のノズルの個々のノズルの改善への追加又は代替として、ノズルアセンブリの配置が改善され、より均一な材料分布、ひいては、より均一な熱分布が提供され得る。

［００４７］図４は、蒸気源１２０におけるノズル１２１の配置を示す図である。ノズル１２１は、列４２１に配置され得る。例えば、列４２１は、図１に示す横方向Ｌに延在していてよい。列４２１は、列方向４２２に延在する。例えば、図４に、６つの列４２１を示す。列４２１は、列方向４２２にオフセット４３０している。オフセット４３０により、列方向４２２に沿ったノズル１２１のノズル位置がずれている。列方向４２２に垂直な方向に蒸気源１２０の上を通る基板は、列方向４２２に沿った異なる位置で材料がコーティングされる。従って、材料がより均一に基板に堆積される。これに応じて、基板への熱負荷がより均一になる。

［００４８］図４に示す例では、６つの列４２１が設けられている。列は、ノズルからノズルまでの距離の１／６だけ変位している。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる幾つかの実施形態によれば、列方向４２２に沿った変位又はオフセットＤは、ｄｙ／Ｎｏとすることができ、Ｎｏは列数であり、ｄｙは列方向におけるノズルの距離である。ノズルの分布により、基板上のコーティング速度が均質に分布し、凝縮エネルギーによるホットスポットが減少する。

［００４９］図４において参照数字で示すオフセットＤは、隣接する列４２１の間に設けられている。しかしながら、オフセットＤは、任意の列の間に設けることができる。特に、各列は、少なくとも１つの他の列に対してオフセットＤだけオフセットされる。

［００５０］一実施形態によれば、基板に蒸発した材料を堆積させるための蒸発源が提供される。蒸発源は、列方向４２２に延在し、互いに隣接して配置される複数のノズル列４２１を有するノズルアセンブリを含む。複数のノズル列は、列方向に列オフセットＤだけ互いに対してずれている。

［００５１］本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる幾つかの実施形態によれば、複数のノズル列４２１は、ノズル列数Ｎを含み、列オフセットＤは、式ｄＹ／Ｎによって表され、ｄＹは列方向におけるノズルの距離である。

［００５２］本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる別の更なる実施形態によれば、列４２１は、列間距離だけ離間していてよい。例えば、第１の列間距離４３３及び第２の列間距離４３２を図４に示す。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる幾つかの実施形態によれば、第１の列間距離は、第２の列間距離とは異なっていてよい。特に、図４に示す第１の列間距離４３３は、図４に示す第２の列間距離４３２より小さくてよい。

［００５３］ノズルアセンブリは、平面に設けられた複数のノズルを含み得る。更に、図１及び図３に関して説明したように、基板は、湾曲したドラム表面１１１の曲線上に提供され得る。したがって、列方向に垂直な方向におけるノズルアセンブリの外側部分でのノズル列までの基板の距離は、列方向に垂直な方向におけるノズルアセンブリの例えば中央部分における、又はその一部におけるノズル列までの基板の距離より小さくてよい。基板からノズルまでの距離が大きい領域で列密度を高めると、堆積速度の均一性、ひいては熱負荷を更に向上させることができる。列間距離は、外側の列間、すなわち隣接する外側の列間では小さくてよい。列間距離は、内側の列間、すなわち隣接する内側の列間では大きくてよい。列によって異なる列間距離は、コーティングドラム上の曲げられた基板の前にある平面蒸発器に対して、より均一なコーティング速度を提供することができる。

［００５４］本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる幾つかの実施形態によれば、各ノズル列は複数のノズルを含み、複数のノズルは、更なる複数のノズル列の複数のノズルの列方向とは異なる方向に列間距離ｄＸだけ離間されている。ノズルアセンブリは、少なくとも２つの外側部分の列と、少なくとも１つの内側部分とを含む。例えば、２つの外側セクション及び少なくとも１つの内側セクションのうちの１又は複数は各々、複数のノズル列のうちの少なくとも２つのノズル列を含む。少なくとも２つの外側セクションの少なくとも２つのノズル列の間の第１の列間距離４３３は、少なくとも１つの内側セクションの少なくとも２つのノズル列の間の第２の列間距離４３２より小さい。

［００５５］本開示の他の実施形態と組み合わせることができる別の更なる実装態様によれば、ノズルアセンブリは、図１に関して説明したように、例えば、加熱シールド又は温度制御シールド等の１又は複数のシールドを備える。１又は複数のシールドは、複数のノズルから放出される蒸発プルームを遮蔽するように構成される。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる別の更なる実施形態によれば、本明細書に記載のノズルの配列は、特に図２Ａに関して本明細書に記載のいずれかの実施形態に係るノズルを含み得る。

［００５６］図３は、回転可能なドラムとして構成された基板支持体１１０の回転軸Ａに沿った方向に見た、本明細書に記載の実施形態に係る気相堆積装置２００を示す概略図である。気相堆積装置２００は、ここでは繰り返さない上記説明を参照できるように、図１、図２及び図４に示す気相堆積装置１００の特徴の一部又は全部を含み得る。フレキシブルである基板１０、例えば薄箔基板は、湾曲したドラム表面１１１上で気相堆積装置２００の蒸気源１２０を越えて移動させることができる。

［００５７］蒸気源１２０は、蒸気伝播領域を通して湾曲したドラム表面１１１に向けて蒸気を方向づけするための複数のノズル１２１を含む。図３に、６つのノズルを示す。各ノズルは、図４に図示した１つの列の一部である。図３に示すように、蒸気源１２０の中央のノズルは、蒸気源のエッジのノズルと比較して、それぞれ基板又は湾曲したドラム表面に近い。したがって、上述したように、外側の列間距離は、内側の列間距離より小さくてよい。

［００５８］図３に、加熱可能シールド１３０を示す。加熱可能シールド１３０は、蒸気源１２０から湾曲したドラム表面１１１に向かって延在し、蒸気伝播領域を少なくとも部分的に囲む。幾つかの実施形態では、加熱可能シールド１３０は、湾曲したドラム表面上のコーティングウインドウ、すなわち蒸気源から方向づけされた蒸気分子が湾曲したドラム表面上に支持された基板に衝突し得る湾曲したドラム表面上の領域を画定する。幾つかの実施形態では、蒸気源１２０は、蒸気源１２０の複数のノズル１２１が湾曲したドラム表面１１１に向けて方向づけされるように、回転可能ドラムの周辺部に沿って取り付けられ、延在する。

［００５９］例えば、１つの蒸気源１２０に関連する加熱可能シールド１３０によって画定されるコーティングウインドウは、周方向Ｔにおける湾曲したドラム表面１１１の１０°以上４５°以下の角度範囲ａにわたって延在していてよく、例えば基板に複数の材料層を堆積させるため、又は基板に同じ材料の１つの厚い材料層を堆積させるため、周方向に２、３又はそれ以上の蒸気源１２０が互いに隣接して配置され得る。一実施形態では、２、３又はそれ以上の金属蒸発源、特にリチウム源が、基板が１つの回転ドラムの湾曲したドラム表面１１１上を移動する間に、厚い金属層が基板に堆積され得るように、１つの回転可能ドラムの周方向Ｔに互いに隣接して配置される。

［００６０］隣接する蒸気源の加熱可能シールド１３０によって画定されるコーティングウインドウは、（図３に概略的に示すように）離れていてよい、あるいは、隣接する蒸気源の加熱可能シールド１３０によって画定されるコーティングウインドウは、部分的に重なっていてよい。例えば、２つの隣接する蒸気源に関連する加熱可能シールドによって提供される分離壁は、部分的に開いていてよい。

［００６１］一実施形態によれば、基板上に蒸発した材料を堆積させるための堆積システムが提供される。堆積システムは、本明細書に記載のいずれかの実施形態に係る１又は複数の蒸発源を含む。更に、堆積システムは、基板を１又は複数の蒸発源に向けて輸送するための輸送装置を含む。輸送装置は、コーティングドラムであってよい。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる幾つかの実施形態によれば、コーティングドラムは、真空チャンバに設けられ得る。更に、蒸発源は、少なくとも部分的に真空チャンバ内に設けられ得る。特に、分配器及びノズルアセンブリは、真空チャンバに設けられ得る。本開示の他の実施形態と組み合わせることができる別の更なる実施形態によれば、堆積システムのノズルアセンブリのノズルは、本開示の実施形態に係るノズル、特にオリフィスを有するノズルであり得る。ノズルは、蒸気プルームが広がるように構成される。

［００６２］図５は、本明細書に記載の実施形態に係る基板上に蒸発した材料を堆積させる方法を説明するためのフロー図である。ボックス７０１において、基板は蒸発源のそばを通り過ぎるように移動され、蒸発源は、本明細書に記載のいずれかの実施形態に係るノズルアセンブリ及び／又は本明細書に記載のいずれかの実施形態に係るノズルを有する蒸発源を含む。基板は、回転可能なドラムの湾曲したドラム表面上で周方向に移動又は輸送され得る。

［００６３］ボックス７０２において、蒸気は、蒸気源から、蒸気伝播領域を通って、例えば湾曲したドラム表面上に支持されている基板に向かって方向づけされる。デフォーカスされた材料のプルーム及び／又は均一に分布した材料のプルームが、基板上に堆積される。

［００６４］幾つかの実施形態では、蒸気源は、金属源、特にリチウム源であり、蒸気は、金属蒸気、特にリチウム蒸気である。加熱可能シールドの動作温度は、５００℃以上及び６００℃以下、特に５００℃から５５０℃であってよい。蒸気源がリチウム源の場合、蒸気源内部の蒸発温度は、６００℃以上及び９００℃以下であってよい。

［００６５］基板は、フレキシブル箔、特にフレキシブル金属箔、より詳細には銅箔又は銅担持箔、例えばその片面又は両面が銅でコーティングされた箔であってよい。基板は、５０μｍ以下、特に２０μｍ以下、例えば約８μｍの厚さを有し得る。具体的には、基板は、２０μｍ以下の範囲の厚さを有する薄い銅箔であってよい。

［００６６］幾つかの実施形態では、蒸気源のるつぼで蒸発するソース材料は、例えば、金属、特にリチウム、金属合金、及び所定の条件下で気相を有する他の気化性材料等を含み得る。別の更なる実施形態によれば、追加的又は代替的に、材料は、マグネシウム（Ｍｇ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、フッ化リチウム（ＬｉＦ）等を含み得る。るつぼで生成された蒸発した材料は、分配器に入り得る。分配器は、例えば、堆積装置の幅及び／又は長さに沿って蒸発した材料を分配するための輸送システムを提供するチャネル又はチューブを含み得る。分配器は、「シャワーヘッドリアクタ」の設計を有していてよい。

［００６７］本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる実施形態によれば、蒸発した材料は、リチウム、Ｙｂ、又はＬｉＦを含み得る、又はこれらで構成され得る。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる実施形態によれば、蒸発器及び／又はノズルの温度は、少なくとも６００℃、又は特に６００℃から１０００℃、より詳細には６００℃から８００℃であってよい。本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる実施形態によれば、加熱可能シールドの動作温度は、４５０℃から５５０℃、特に５００℃から５５０℃で、±１０℃の偏差を有し得る。

［００６８］本明細書に記載の他の実施形態と組み合わせることができる実施形態によれば、加熱可能シールドの温度は、例えば、蒸発器の温度よりも少なくとも１００℃低い。

［００６９］図６は、電池のアノードを製造する方法を説明するためのフロー図である。幾つかの実施形態によれば、電池のアノードを製造する方法は、図５に関して説明したように、基板上に蒸発した材料を堆積させる方法を含み得る。

［００７０］一実施形態によれば、工程８０１に示すように、本方法は、本開示の実施形態に係る気相堆積装置においてウェブ又は箔を案内することを含む。ウェブ又は箔は、電池、特に薄膜電池のためのアノード層を含み得る、又はそれで構成され得る。液体リチウム含有材料は、気相堆積装置の蒸発器に供給される。工程８０２において、リチウム含有材料又はリチウムが、気相堆積装置でウェブに堆積される。

［００７１］本明細書に記載の他の実装態様と組み合わせることができる幾つかの実装態様によれば、電池のアノードを製造する方法において、ウェブは銅を含む、又は銅で構成される。幾つかの実装態様によれば、ウェブは更に、グラファイトとシリコン及び／又は酸化ケイ素を含み得る。例えば、リチウムにより、グラファイトとシリコン及び／又は酸化ケイ素を含む層が予めリチオ化され得る。

［００７２］本開示の実施形態は、互いに隣接して位置決めされた１つから４つの堆積源によって、特に２μｍ以上の材料、例えば１０μｍ以上の材料が堆積される高い堆積速度において、より均一な基板温度及び／又は基板への熱負荷を提供する。特に、ウェブ又は箔等の薄い基板では、熱負荷が堆積速度の制限要因となる場合があり、広がったノズル形状、ノズル列の列方向の変位、列間距離の適応、及び特にこれらの対策の２つ以上の組み合わせにより、特に高い堆積速度において、堆積中のホットスポットを低減させる又は防止することが可能である。基板は、より少ないストレスでコーティングされ得る。従って、箔又はウェブへのしわの形成が減少し得る。

［００７３］前述の内容は実施形態を対象としているが、以下の特許請求の範囲によって決定される基本的な範囲から逸脱することなく、本開示の他のさらなる実施形態を考案することが可能である。

Claims (16)

1. 蒸発した材料を基板に導くためのノズルアセンブリであって、
   複数のノズルであって、前記複数のノズルのうちの１又は複数のノズル（１２１）は、
   第１の端部（１３２）及び第２の端部（１３４）を有する第１のノズルセクション（２３０）であって、前記第２の端部に蒸気出口（１３６）を含む、第１のノズルセクション（２３０）と、
   前記蒸気出口（１３６）にある、又は前記蒸気出口（１３６）に隣接するオリフィス（１３８）であって、オリフィス直径Ｄ_３を有する、オリフィス（１３８）と
   を含む、複数のノズル
   を備える、ノズルアセンブリ。
2. 前記第１のノズルセクションは、前記第１の端部と前記第２の端部との間の距離に沿った第１の直径Ｄ_２を含み、前記第１の直径Ｄ_２は、前記オリフィス直径Ｄ_３よりも大きい、請求項１に記載のノズルアセンブリ。
3. 前記ノズルアセンブリは、前記オリフィスと前記蒸気出口との間に拡径部（１４０）を備え、前記拡径部の直径は前記オリフィスから前記蒸気出口に向かって増加する、請求項１又は２に記載のノズルアセンブリ。
4. 前記複数のノズルは、蒸発した材料のプルームを広げるように構成され、特に、前記１又は複数のノズルは、凝縮エネルギーを前記基板の上に均一に分布させるように構成される、請求項１から３のいずれか一項に記載のノズルアセンブリ。
5. 前記第１の直径Ｄ_２は、１ｍｍから１５ｍｍである、請求項１から４のいずれか一項に記載のノズルアセンブリ。
6. 前記オリフィス直径Ｄ_３の寸法は、前記第１の直径Ｄ_２の寸法の０．１倍から０．９倍である、請求項１から５のいずれか一項に記載のノズルアセンブリ。
7. 前記第１のノズルセクションの前記第１の端部は、蒸気入口を含む、請求項１から６のいずれか一項に記載のノズルアセンブリ。
8. 基板に蒸発した材料を堆積させるための蒸発源であって、
   列方向に延在し、互いに隣接して配置されている複数のノズル列を含み、前記複数のノズル列は、前記列方向における列オフセットによって互いに対してずらされている、ノズルアセンブリ
   を備える、蒸発源。
9. 前記複数のノズル列は、規定のノズル列数Ｎを含み、前記列オフセットは、式ｄＹ／Ｎで表される、請求項８に記載の蒸発源。
10. 前記複数のノズル列の各ノズル列は、複数のノズルを含み、前記複数のノズルは、更なるノズル列の更なる複数のノズルからの、前記列方向とは異なる方向における列間距離ｄＸ、によって離間されている、請求項８又は９に記載の蒸発源。
11. 前記ノズルアセンブリは、少なくとも２つの外側セクションと少なくとも１つの内側セクションとを含み、前記少なくとも２つの外側セクション及び前記少なくとも１つの内側セクションの１又は複数は、前記複数のノズル列のうちの少なくとも２つのノズル列を含み、前記少なくとも２つの外側セクションの前記少なくとも２つのノズル列の間の列間距離ｄＸ_１は、前記少なくとも１つの内側セクションの前記少なくとも２つのノズル列の間の列間距離ｄＸ_２よりも小さい、請求項８から１０のいずれか一項に記載の蒸発源。
12. 前記ノズルアセンブリは、１又は複数のシールドを含み、前記１又は複数のシールドは、前記複数のノズルから放出される蒸発プルームを遮蔽するように構成される、請求項８から１１のいずれか一項に記載の蒸発源。
13. 前記ノズルアセンブリは、請求項１から７のいずれか一項に記載のノズルアセンブリである、請求項８から１１のいずれか一項に記載の蒸発源。
14. 蒸発した材料を基板上に堆積させるための堆積システムであって、
    請求項８から１３のいずれか一項に記載の１又は複数の蒸発源と、
    前記基板を前記１又は複数の蒸発源に向けて輸送するための輸送装置と
    を備える、堆積システム。
15. 前記１又は複数の蒸発源は、請求項１から７のいずれか一項に記載のノズルアセンブリを含む、請求項１４に記載の堆積システム。
16. 蒸発した材料を基板上に堆積させる方法であって、
    前記基板を蒸発源に輸送することであって、前記蒸発源は、請求項１から７のいずれか一項に記載のノズルアセンブリを含む、前記基板を蒸発源に輸送することと、
    デフォーカスされた材料のプルームを前記基板上に堆積させるために、前記蒸発した材料を前記ノズルアセンブリの複数のノズルを通して導くことと
    を含む方法。

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