(57)【要約】  各工程における待ち時間を最小限にして薄膜リチウム二次電池を効率良く大量に製造することができる技術を提供する。  本発明の薄膜リチウム二次電池製造装置１は、大気に対して遮断された乾燥雰囲気中で所定の移送ラインに沿って複数の基板１０を順次移動させる移送室２を有し、移送室２から分岐した位置には、基板１０上にＬｉＣｏＯ2からなる正極層をスパッタリングによって形成する正極層形成装置３と、基板１０上の正極層をアニール処理するアニール装置４と、基板１０上にＬｉＰＯＮからなる固体電解質層をスパッタリングによって形成する固体電解質層形成装置５とが配置される。正極層及び固体電解質層を、１枚の基板１０に対し例えば５回のスパッタリングによって積層形成する。
2012086512.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、正極層、負極層、固体電解質層、正極集電層、負極集電層、保護層を有する薄膜リチウム二次電池を製造するための薄膜リチウム二次電池製造装置であって、
大気に対して遮断された乾燥雰囲気中で所定の移送ラインに沿って複数の基板を順次移動させる移送室と、
前記移送室から分岐した位置に配置され、前記基板上にリチウムを含む正極層をスパッタリングによって形成する正極層形成装置と、
前記移送室から分岐した位置で且つ前記正極層形成装置に対し前記移送室の搬送方向下流部に配置され、前記基板上の正極層をアニール処理するアニール装置と、
前記移送室から分岐した位置で且つ前記アニール装置に対し前記移送室の搬送方向下流部に配置され、前記基板上にリチウムを含む固体電解質層をスパッタリングによって形成する固体電解質層形成装置とを備え、
前記正極層形成装置は、複数の成膜室を有し、前記移送室から分岐して搬入された基板に対して当該複数の成膜室において順次成膜を行い、成膜後の基板を順次前記移送室に戻すように構成されるとともに、
前記固体電解質層形成装置は、複数の成膜室を有し、前記移送室から分岐して搬入された基板に対して当該複数の成膜室において順次成膜を行い、成膜後の基板を順次前記移送室に戻すように構成されている薄膜リチウム二次電池製造装置。
【請求項２】
前記正極層形成装置は、複数の基板を保持して回転可能な搬送機構を有する搬送室を備え、当該搬送室の周囲に前記複数の成膜室が配置されている請求項１記載の薄膜リチウム二次電池製造装置。
【請求項３】
前記固体電解質層形成装置は、複数の基板を保持して回転可能な搬送機構を有する搬送室を備え、当該搬送室の周囲に前記複数の成膜室が配置されている請求項１記載の薄膜リチウム二次電池製造装置。
【請求項４】
前記正極層形成装置の成膜室の数は、前記移送室における基板の移動速度に基づいて設定されている請求項１記載の薄膜リチウム二次電池製造装置。
【請求項５】
前記固体電解質層形成装置の成膜室の数は、前記移送室における基板の移動速度に基づいて設定されている請求項１記載の薄膜リチウム二次電池製造装置。
【請求項６】
基板上に、正極層、負極層、固体電解質層、正極集電層、負極集電層、保護層を形成して薄膜リチウム二次電池を製造する薄膜リチウム二次電池製造方法であって、
前記基板を、大気に対して遮断された乾燥雰囲気中で所定の移送ラインに沿って順次移動させる際に、
前記移送ラインから分岐した位置で、複数回スパッタリングを行って前記基板上にリチウムを含む正極層を積層形成した後、当該基板を前記移送ラインに戻し、
前記移送ラインから分岐した位置で、前記基板上に積層形成された前記正極層に対してアニール処理を行った後、当該基板を前記移送ラインに戻し、
前記アニール処理後、当該基板上に、複数回スパッタリングを行ってリチウムを含む固体電解質層を積層形成した後、当該基板を前記移送ラインに戻す工程を有する薄膜リチウム二次電池製造方法。
【請求項７】
前記正極層を積層形成する際の各層の厚さ及びスパッタリングの回数を、前記移送ラインにおける基板の移動速度に基づいて設定する請求項６記載の薄膜リチウム二次電池製造方法。
【請求項８】
前記固体電解質層を積層形成する際の各層の厚さ及びスパッタリングの回数を、前記移送ラインにおける基板の移動速度に基づいて設定する請求項６記載の薄膜リチウム二次電池製造方法。
【請求項９】
前記正極層は、コバルト酸リチウムからなる請求項６記載の薄膜リチウム二次電池製造方法。
【請求項１０】
前記固体電解質層は、リン酸リチウムからなる請求項６記載の薄膜リチウム二次電池製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体電解質を用いたリチウム二次電池を製造する技術に関し、特に薄膜によってリチウム二次電池を製造する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、携帯電話やパーソナルコンピュータの電源として、リチウムイオン二次電池が広く知られている。
しかし、リチウムイオン二次電池は、液体電解質を用いているため、液漏れや発火等が発生する場合があり、安全性についての課題がある。【０００３】
そこで、近年、電解質の材料として固体材料を用いた全固体型のリチウム二次電池が提案されており、その開発が進展している。
特に、固体材料を用いた全固体型のリチウム二次電池として、薄膜からなる全固体型のリチウム二次電池は、カード型の電子部品の電源用として期待されている。【０００４】
しかし、薄膜からなる全固体型のリチウム二次電池は、種々の課題があるため、大量に生産する技術は困難で、現在のところ確立されていない。
特に一貫ラインで薄膜固体型のリチウム二次電池を製造しようとすると、正極層及び固体電解質層の形成時間が他の工程より長いため、他の工程中で待ち時間が生じ、生産効率を向上させることが困難であるという課題がある。
なお、本出願に関連する先行技術としては、以下のようなものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２１４１０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、このような従来の技術の課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、各工程における待ち時間を最小限にして薄膜リチウム二次電池を効率良く大量に製造することができる技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するためになされた本発明は、基板上に、正極層、負極層、固体電解質層、正極集電層、負極集電層、保護層を有する薄膜リチウム二次電池を製造するための薄膜リチウム二次電池製造装置であって、大気に対して遮断された乾燥雰囲気中で所定の移送ラインに沿って複数の基板を順次移動させる移送室と、前記移送室から分岐した位置に配置され、前記基板上にリチウムを含む正極層をスパッタリングによって形成する正極層形成装置と、前記移送室から分岐した位置で且つ前記正極層形成装置に対し前記移送室の搬送方向下流部に配置され、前記基板上の正極層をアニール処理するアニール装置と、前記移送室から分岐した位置で且つ前記アニール装置に対し前記移送室の搬送方向下流部に配置され、前記基板上にリチウムを含む固体電解質層をスパッタリングによって形成する固体電解質層形成装置とを備え、前記正極層形成装置は、複数の成膜室を有し、前記移送室から分岐して搬入された基板に対して当該複数の成膜室において順次成膜を行い、成膜後の基板を順次前記移送室に戻すように構成されるとともに、前記固体電解質層形成装置は、複数の成膜室を有し、前記移送室から分岐して搬入された基板に対して当該複数の成膜室において順次成膜を行い、成膜後の基板を順次前記移送室に戻すように構成されているものである。
本発明において、前記正極層形成装置は、複数の基板を保持して回転可能な搬送機構を有する搬送室を備え、当該搬送室の周囲に前記複数の成膜室が配置されている場合にも効果的である。
本発明において、前記固体電解質層形成装置は、複数の基板を保持して回転可能な搬送機構を有する搬送室を備え、当該搬送室の周囲に前記複数の成膜室が配置されている場合にも効果的である。
本発明において、前記正極層形成装置の成膜室の数は、前記移送室における基板の移動速度に基づいて設定されている場合にも効果的である。
本発明において、前記固体電解質層形成装置の成膜室の数は、前記移送室における基板の移動速度に基づいて設定されている場合にも効果的である。
一方、本発明は、基板上に、正極層、負極層、固体電解質層、正極集電層、負極集電層、保護層を形成して薄膜リチウム二次電池を製造する薄膜リチウム二次電池製造方法であって、前記基板を、大気に対して遮断された乾燥雰囲気中で所定の移送ラインに沿って順次移動させる際に、前記移送ラインから分岐した位置で、複数回スパッタリングを行って前記基板上にリチウムを含む正極層を積層形成した後、当該基板を前記移送ラインに戻し、前記移送ラインから分岐した位置で、前記基板上に積層形成された前記正極層に対してアニール処理を行った後、当該基板を前記移送ラインに戻し、前記アニール処理後、当該基板上に、複数回スパッタリングを行ってリチウムを含む固体電解質層を積層形成した後、当該基板を前記移送ラインに戻す工程を有するものである。
本発明において、前記正極層を積層形成する際の各層の厚さ及びスパッタリングの回数を、前記移送ラインにおける基板の移動速度に基づいて設定することも効果的である。
本発明において、前記固体電解質層を積層形成する際の各層の厚さ及びスパッタリングの回数を、前記移送ラインにおける基板の移動速度に基づいて設定することも効果的である。
本発明において、前記正極層は、コバルト酸リチウムからなる場合に特に効果的である。
本発明において、前記固体電解質層は、リン酸リチウムからなる場合に特に効果的である。【０００８】
本発明方法の場合、移送ライン（移送室）から分岐した位置で、複数回スパッタリングを行って基板上にリチウムを含む正極層を積層形成した後、当該基板を前記移送ラインに戻し、また移送ラインから分岐した位置で、基板上に積層形成された正極層に対してアニール処理を行った後、当該基板を前記移送ラインに戻し、このアニール処理後、当該基板上に、複数回スパッタリングを行ってリチウムを含む固体電解質層を積層形成した後、当該基板を前記移送ラインに戻すようにしたことから、単層で形成すると他の工程より長時間を必要とする正極層及び固体電解質層の形成時間を移送ラインにおける基板の移動速度に基づいて調整することができ、その結果、これらの膜の成膜後に成膜時間の短い工程が存在する場合であっても、移送ラインに沿って基板を順次移動させる速度、即ちタクトタイムを大幅に変更することなく各工程を行うことができる。
したがって、本発明によれば、各成膜工程における待ち時間を最小限にすることができるので、薄膜リチウム二次電池を効率良く大量に製造することができる。
また、本発明装置においては、移送ラインから分岐した位置に正極層形成装置と固体電解質層形成装置が配置され、それぞれ複数の成膜室で積層成膜を行うようにしたことから、成膜室の数（各層の厚さ及びスパッタリングの回数）を変更することにより、タクトタイムに応じて、また膜の種類（正極層又は固体電解質層）に応じて成膜時間を容易に調整することができ、これにより簡素な制御系で汎用性の大きい薄膜リチウム二次電池製造装置を提供することができる。
本発明において、正極層形成装置又は固体電解質層形成装置が、複数の基板を保持して回転可能な搬送機構を有する搬送室を備え、当該搬送室の周囲に前記複数の成膜室が配置されている場合には、正極層形成又は固体電解質層形成を円滑に短時間で行うことができるので、容易に正極層又は固体電解質層の形成時間を調整することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、薄膜リチウム二次電池を効率良く大量に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係る薄膜二次電池製造装置の実施の形態を示す概略構成平面図
【図２】同実施の形態の要部を示す概略構成平面図
【図３】（ａ）：コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ2）の単層膜のアモルファス状態のＳＥＭ断面写真（ｂ）：同コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ2）の単層膜に対してアニール処理を施した後のＳＥＭ断面写真
【図４】（ａ）：コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ2）の積層膜のアモルファス状態のＳＥＭ断面写真（ｂ）：同コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ2）の積層膜に対してアニール処理を施した後のＳＥＭ断面写真
【図５】コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ2）の単層膜のアモルファス状態及びアニール処理後のＸ線回折スペクトルを示す図
【図６】同コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ2）の積層膜のアモルファス状態及びアニール処理後のＸ線回折スペクトルを示す図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の好ましい実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明に係る薄膜リチウム二次電池製造装置の実施の形態を示す概略構成平面図、図２は、同実施の形態の要部を示す概略構成平面図である。
【００１２】
図１に示すように、本実施の形態の薄膜リチウム二次電池製造装置１は、移送室２と、正極層形成装置３と、アニール装置４と、固体電解質層形成装置５と、集電層形成装置６と、負極層形成装置７と、保護層形成装置８とを有している。
【００１３】
移送室２は、例えば直線状の移送ラインに沿って例えば細長形状に形成されている。そして、移送室２内には、例えばアルゴン（Ａｒ）ガスを導入することにより、室内の露点温度が−５０℃〜−６０℃程度に保たれ、大気に対して遮断された乾燥雰囲気が保たれるようになっている。
【００１４】
なお、移送室２の内部には、図示しない複数の仕切バルブを設け、正極層形成装置３、アニール装置４、固体電解質層形成装置５、集電層形成装置６、負極層形成装置７、保護層形成装置８に対応する領域に、それぞれの雰囲気を仕切るように構成することもできる。
【００１５】
移送室２の内部には、例えばローラ又はベルトから構成される基板搬送系（図示せず）が設けられ、これにより、移送室２の一方の端部に設けられた搬入室２１から基板１０を搬入して、移送室２の他方の端部に設けられた搬出室２２に向って基板１０を所定の速度で移送して、搬出室２２から基板１０（１０Ａ）を搬出するように構成されている。
【００１６】
また、移送室２の内部には、以下に説明する正極層形成装置３、アニール装置４、固体電解質層形成装置５、集電層形成装置６、負極層形成装置７、保護層形成装置８に対して基板１０の受け渡しを行うための例えば櫛歯状の搬送機構２０Ａ〜２０Ｆが、各装置に対応する位置に配設されている。
【００１７】
正極層形成装置３、固体電解質層形成装置５、集電層形成装置６、負極層形成装置７、保護層形成装置８は、移送室２の一方の側部から分岐する位置であって、搬入室２１と搬出室２２との間に、この順序で、基板搬送方向に配置されている。
正極層形成装置３、固体電解質層形成装置５、集電層形成装置６、負極層形成装置７、保護層形成装置８は、図示しない真空排気系に接続されている。
【００１８】
これら正極層形成装置３、固体電解質層形成装置５、集電層形成装置６、負極層形成装置７、保護層形成装置８は、それぞれ仕込取出室２３、２５、２６、２７、２８を介して搬送室３０、５０、６０、７０、８０が接続され、さらに、各搬送室３０、５０、６０、７０、８０の周囲には、第１〜第５の成膜室３１〜３５、５１〜５５、６１〜６５、７１〜７５、８１〜８５が接続されている。
【００１９】
本実施の形態では、正極層形成装置３、固体電解質層形成装置５、集電層形成装置６、保護層形成装置８の第１〜第５の成膜室３１〜３５、５１〜５５、６１〜６５、８１〜８５の内部には、後述する所定のターゲット（図示せず）がそれぞれ配置され、各成膜室３１〜３５、５１〜５５、６１〜６５、８１〜８５内に搬入された基板１０に対し、スパッタリングによって成膜を行うように構成されている。
【００２０】
ここで、正極層形成装置３の搬送室３０内には、６枚の基板１０を保持可能な回転式の基板ホルダー３６が設けられており、仕込取出室２３を介して搬送室３０内に搬入された基板１０が、起立した状態で基板ホルダー３６に保持され、第１〜第５の成膜室３１〜３５内のターゲット（例えばコバルト酸リチウム：ＬｉＣｏＯ2）と対向した状態で、この順番で順次移送されて成膜が行われた後、第５の成膜室３５から仕込取出室２３に戻るように構成されている。
【００２１】
また、固体電解質層形成装置５の搬送室５０内にも、６枚の基板１０を保持可能な回転式の基板ホルダー５６が設けられており、仕込取出室２５を介して搬送室５０内に搬入された基板１０が、起立した状態で基板ホルダー５６に保持され、第１〜第５の成膜室５１〜５５内のターゲット（例えばリン酸リチウム：Ｌｉ3ＰＯ4）と対向した状態で、この順番で順次移送されて成膜が行われた後、第５の成膜室５５から仕込取出室２５に戻るように構成されている。
さらに、集電層形成装置６の搬送室６０内には、搬送ロボット６６が設けられ、この搬送ロボット６６により、第１〜第５の成膜室６１〜６５間で基板１０の受け渡しを行うように構成されている。
【００２２】
本実施の形態の集電層形成装置６は、基板１０上に正極集電層及び負極集電層の形成を兼用するもので、第１〜第５の成膜室６１〜６５のうち例えば第１〜第３の成膜室６１〜６３に正極集電層形成用のターゲット（例えば、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、チタン（Ｔｉ）、白金（Ｐｔ））が配置され、さらに、例えば第４〜第５の成膜室６４、６５に負極集電層形成用のターゲット（例えば、ニッケル（Ｎｉ）又は銅（Ｃｕ））が配置されている。
【００２３】
また、集電層形成装置６の仕込取出室２６に対し、移送室２を挟んで移送室２の他方の側部から分岐する位置には、搬入搬出室６７が配置されている。この搬入搬出室６７は、移送室２又は大気との間で基板１０の受け渡しを行うものである。
【００２４】
一方、負極層形成装置７の第１〜第５の成膜室７１〜７５の内部には、図示しない蒸発源（例えばリチウム：Ｌｉ）が配置され、第１〜第５の成膜室７１〜７５内に搬入された基板１０に対し、蒸着によって成膜を行うように構成されている。
負極層形成装置７の搬送室７０内には、搬送ロボット７６が設けられ、この搬送ロボット７６により、基板１０を反転した状態で第１〜第５の成膜室７１〜７５間で基板１０の受け渡しを行うように構成されている。
【００２５】
一方、保護層形成装置８の第１〜第５の成膜室８１〜８５の内部には、図示しないターゲット（例えばアルミニウム：Ａｌ）が配置され、第１〜第５の成膜室８１〜８５内に搬入された基板１０に対し、スパッタリングによって成膜を行うように構成されている。
【００２６】
ここで、第１〜第５の成膜室８１〜８５のうち所定のものは、酸素（Ｏ2）を導入するように構成されている。
さらに、保護層形成装置８の搬送室８０内には、搬送ロボット８６が設けられ、この搬送ロボット８６により、第１〜第５の成膜室８１〜８５間で基板１０の受け渡しを行うように構成されている。
【００２７】
他方、アニール装置４は、移送室２の他方の側部から分岐する位置であって、正極層形成装置３と固体電解質層形成装置５との間に、すなわち、正極層形成装置３に対し基板搬送方向下流側で、かつ、固体電解質層形成装置５に対し基板搬送方向上流側の位置に配置されている。
【００２８】
このアニール装置４は、その内部に、赤外線を放出して加熱を行うためのヒータ４０が配置されている。
このような構成を有する本実施の形態において、基板１０上に各薄膜を形成する場合には、搬入搬出室６７に基板１０を搬入し、さらに、移送室２内の搬送機構２０Ｄによって集電層形成装置６の仕込取出室２６内に基板１０を搬入する。
【００２９】
そして、集電層形成装置６の第１〜第５の成膜室６１〜６５において、スパッタリングによって、基板１０の表面に正極集電層を形成する。
その後、集電層形成装置６の仕込取出室２６へ搬送された成膜済の基板１０を、移送室２内の搬送機構２０Ｄによって搬入搬出室６７内に戻し、さらに搬入搬出室６７の外部に取り出す。
【００３０】
そして、搬入搬出室６７の外部に取り出された複数の基板１０を、移送室２の搬入室２１を介して順次移送室２内に搬入し、さらに、基板搬送系によって搬送し、正極層形成装置３近傍の搬送機構２０Ａによって正極層形成装置３の仕込取出室２３内に１枚ずつ搬入する。
【００３１】
そして、図２に示すように、基板１０を搬送室３０内に１枚ずつ搬入して起立させた状態で基板ホルダー３６に装着し、常時５枚の基板１０を第１〜第５の成膜室３１〜３５のターゲットと対向させた状態で、この順番で順次回転移送して例えばＲＦスパッタリングによって成膜を行う。
【００３２】
本実施の形態では、第１〜第５の成膜室３１〜３５（５室）において、所望の膜厚の１／５の膜厚の正極層（ＬｉＣｏＯ2）の積層形成を行う（例えば、６００ｎｍ×５＝３μｍ）。
なお、成膜中は、第１〜第５の成膜室５１〜５５内にアルゴン（Ａｒ）ガス、場合によっては酸素（Ｏ2）ガスを導入しながらスパッタリングを行う。
【００３３】
その後、正極層が積層形成された基板１０を、仕込取出室２３を介して移送室２に戻し、基板搬送系によって下流側に搬送し、搬送機構２０Ｂによってアニール装置４内に１枚ずつ搬入する。
アニール装置４においては、基板１０を、大気圧又は真空下で所定温度（例えば６００℃）で所定時間（例えば１０分）加熱し、これにより基板１０上に積層された正極薄膜が結晶化される。
【００３４】
その後、正極層が結晶化された基板１０を移送室２に戻し、基板搬送系によって下流側に搬送し、搬送機構２０Ｃによって固体電解質層形成装置５の仕込取出室２５内に基板１０を１枚ずつ搬入する。
そして、図２に示すように、基板１０を搬送室５０内に１枚ずつ搬入して起立状態で基板ホルダー５６に装着し、常時５枚の基板１０を第１〜第５の成膜室５１〜５５のターゲットと対向させた状態で、この順番で順次回転移送して例えばＲＦスパッタリングによって成膜を行う。
【００３５】
本実施の形態では、第１〜第５の成膜室５１〜５５（５室）において、所望の膜厚の１／５の膜厚の固体電解質層（ＬｉＰＯＮ）の積層形成を行う（例えば、２００ｎｍ×５＝１μｍ）。
なお、成膜中は、第１〜第５の成膜室５１〜５５内に窒素（Ｎ2）ガスを導入しながらスパッタリングを行う。
【００３６】
その後、固体電解質層が積層形成された基板１０を仕込取出室２５を介して移送室２に戻し、基板搬送系によって下流側に搬送し、搬送機構２０Ｄによって基板１０を表裏反転して、集電層形成装置６の仕込取出室２６内に１枚ずつ搬入する。
そして、搬送ロボット６６によって基板１０を搬送室６０内に搬入して第１〜第５の成膜室６１〜６５の所定の室に搬入し、各基板１０に対し、例えばＲＦスパッタリングによって負極集電層（Ｎｉ又はＣｕ）の成膜を行う。
【００３７】
その後、負極集電層が形成された基板１０を仕込取出室２６を介して移送室２に戻し、基板１０を表裏反転した後、基板搬送系によって下流側に搬送し、搬送機構２０Ｅによって負極層形成装置７の仕込取出室２７内に１枚ずつ搬入する。
そして、搬送ロボット７６によって基板１０を搬送室６０内に搬入し、第１〜第５の成膜室６１〜６５の所定の室に搬入し、各基板１０に対して例えば真空蒸着によって負極層（Ｌｉ）の成膜を行う。
【００３８】
その後、負極層が形成された基板１０を仕込取出室２７を介して移送室２に戻し、基板搬送系によって下流側に搬送し、搬送機構２０Ｆによって保護層形成装置８の仕込取出室２８内に１枚ずつ搬入する。
そして、搬送ロボット８６によって基板１０を搬送室８０内に搬入して第１〜第５の成膜室８１〜８５の所定の室に搬入し、各基板１０に対し、例えばＲＦスパッタリングによって保護層の成膜を行う。
【００３９】
本発明の場合、特に限定されることはないが、水分のバリア性を向上させる観点からは、保護層として、例えば、Ａｌ2Ｏ3／Ａｌ／Ａｌ2Ｏ3が積層された膜を形成することが好ましい。
その後、保護層が形成された基板１０を仕込取出室２８を介して移送室２に戻し、基板搬送系によって下流側に搬送し、搬出室２２内に搬入する。
これにより、薄膜リチウム二次電池が設けられた基板１０Ａを搬出室２２から大気中に取り出す。
【００４０】
以上述べたように本実施の形態の場合、移送室２から分岐した位置で、複数回スパッタリングを行って基板１０上にリチウムを含む正極層を積層形成した後、当該基板１０を移送室２に戻し、また移送室２から分岐した位置で、基板１０上に積層形成された正極層に対してアニール処理を行った後、当該基板１０を移送室２に戻し、このアニール処理後、当該基板１０上に、複数回スパッタリングを行ってリチウムを含む固体電解質層を積層形成した後、当該基板１０を移送室２に戻すようにしたことから、単層で形成すると他の工程より長時間を必要とする正極層及び固体電解質層の形成時間を例えば移送室２における基板１０の移動速度に基づいて調整することができ、その結果、これらの膜の成膜後に成膜時間の短い工程が存在する場合であっても、移送室２における基板１０を順次移動させる速度、即ちタクトタイムを大幅に変更することなく各成膜工程を行うことができる。
【００４１】
したがって、本実施の形態によれば、各成膜工程における待ち時間を最小限にすることができるので、薄膜リチウム二次電池を効率良く大量に製造することができる。
また、本実施の形態においては、移送室２から分岐した位置に正極層形成装置３と固体電解質層形成装置５が配置され、それぞれ複数の成膜室３１〜３５、５１〜５５で積層成膜を行うようにしたことから、成膜室の数（各層の厚さ及びスパッタリングの回数）を変更することにより、タクトタイムに応じて、また膜の種類（正極層又は固体電解質層）に応じて成膜時間を容易に調整することができ、これにより簡素な制御系で汎用性の大きい薄膜リチウム二次電池製造装置１を提供することができる。
【００４２】
特に、本実施の形態においては、正極層形成装置３又は固体電解質層形成装置５が、複数の基板１０を保持して回転可能な基板ホルダー３６、５６を有する搬送室３０、５０を備え、これら搬送室３０、５０の周囲に複数の成膜室３１〜３５、５１〜５５が配置されており、正極層形成又は固体電解質層形成を円滑に短時間で行うことができるので、容易に正極層又は固体電解質層の形成時間を調整することができる。
【００４３】
なお、本発明は上述の実施の形態に限られることなく、種々の変更を行うことができる。
例えば、正極層形成装置及び固体電解質層形成装置の成膜室の数は五つには限られず、移送ラインのタクトタイムに応じて、また正極層形成装置又は固体電解質層形成装置に応じて適宜変更することができる。
【００４４】
また、上記実施の形態における各装置の配置構成は一例であり、所望の長さ、形状の移送ラインに応じて適宜変更することができる。
例えば、上記実施の形態のアニール装置４を正極層形成装置３及び固体電解質層形成装置５の側に配置することも可能である。
【００４５】
さらに、保護層形成装置として、蒸着重合装置を用いることもできる。
さらにまた、本発明は、種々の材料、形状、大きさの基板、例えば、シリコン基板、セラミックス基板、耐熱樹脂基板等に適用することができるものである。
【実施例】
【００４６】
図３（ａ）は、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ2）の単層膜のアモルファス状態のＳＥＭ断面写真、図３（ｂ）は、同コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ2）の単層膜に対してアニール処理を施した後のＳＥＭ断面写真である。
図４（ａ）は、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ2）の積層膜のアモルファス状態のＳＥＭ断面写真、図４（ｂ）は、同コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ2）の積層膜に対してアニール処理を施した後のＳＥＭ断面写真である。
図５は、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ2）の単層膜のアモルファス状態及びアニール処理後のＸ線回折スペクトルを示す図、図６は、同コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ2）の積層膜のアモルファス状態及びアニール処理後のＸ線回折スペクトルを示す図である。【００４７】
本例の場合、ターゲットとしては、ＬｉＣｏＯ2からなるものを用い、ＲＦスパッタリングにより、膜厚３μｍのＬｉＣｏＯ2膜を形成した。積層膜については、膜厚６００ｎｍの膜を５回積層させることにより形成した。
一方、アニール処理は、大気中で温度６００℃、時間１０分間行った。その他の条件は同一とした。【００４８】
図３（ｂ）及び図４（ｂ）から明らかなように、アニール処理後のＬｉＣｏＯ2の単層膜、積層膜では、断面構造に差はほとんど見られない。
また、図５及び図６から明らかなように、アニール処理の前後において、ＬｉＣｏＯ2の単層膜、積層膜について、いずれも結晶性に相違は見られない。
したがって、以上の結果より、単層膜と同一の膜厚・膜質のＬｉＣｏＯ2膜を積層膜によって得られることが確認された。
【符号の説明】
【００４９】
１…薄膜リチウム二次電池製造装置、２…移送室、３…正極層形成装置、４…アニール装置、５…固体電解質層形成装置、６…集電層形成装置、７…負極層形成装置、８…保護層形成装置、１０…基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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