(57)【要約】  本明細書に記載される実施形態は、一般に、電気化学電池またはキャパシタ用の電極構造に関し、特に、寿命がより長く、製造コストがより低く、プロセス性能が改良された、信頼性が高く費用対効果が高い電気化学電池またはキャパシタ用の３Ｄ電極ナノ構造を製造するための装置および方法に関する。
2012510163.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
大面積基板上に金属をめっきするための装置であって、
処理体積を画定するチャンバ本体であって、前記処理体積が、内部にめっき浴を貯留するために構成され、前記チャンバ本体が上側開口を有するチャンバ本体と、
前記処理体積内に前記めっき浴を形成するためにめっき溶液を分散するように構成された複数のジェットスプレーであって、前記チャンバ本体の側壁に対して開いている複数のジェットスプレーと、
前記処理体積から前記めっき浴を排出するために構成された排出システムと、
前記処理体積内に配設されるアノードアセンブリであって、実質的に垂直な姿勢で前記めっき浴内に浸漬されるアノードを備えるアノードアセンブリと、
前記処理体積内に配設されるカソードアセンブリとを備え、前記カソードアセンブリが、
１つまたは複数の大面積基板を前記処理体積内で前記アノードに実質的に平行に位置決めするために構成された基板ハンドラ、および、
前記１つまたは複数の大面積基板に電気バイアスを結合するために構成された接触機構と
を備える装置。
【請求項２】
前記カソードアセンブリが、前記１つまたは複数の大面積基板を前記めっき浴内に浸漬するように前記処理体積内に下げられ、前記１つまたは複数の大面積基板を前記めっき浴から取り出すように前記処理体積から持ち上げられるように構成された、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記接触機構が、前記１つまたは複数の大面積基板のめっき表面に対して位置決めされたマスキングプレートを備え、前記マスキングプレートが、めっきすべき前記１つまたは複数の大面積基板の部分を露出するように構成され、前記マスキングプレートが、
めっきすべき領域を画定するように構成された複数の貫通穴を有する誘電体プレート本体と、
前記誘電体プレート本体に埋め込まれた複数の電気接点とを備え、前記複数の電気接点が電源と電気的に接続し、前記複数の電気接点が、前記１つまたは複数の大面積基板の表面と接触するように、かつ前記めっき浴に露出されないように構成された、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記基板ホルダが、前記マスキングプレートに対して１つまたは複数の大面積基板を押し付けるために構成されたスラストプレートをさらに備え、前記マスキングプレートと前記スラストプレートが、前記１つまたは複数の大面積基板の反対側に位置決めされた、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記カソードアセンブリが、
前記処理体積の外側に配設され、前記１つまたは複数の大面積基板が上に形成された可撓性ベースの一部分を保定するために構成された送給ロールと、
前記処理体積の底部の近くに配設され、前記可撓性ベースの一部分を保定するために構成された底部ロールと、
前記処理体積の外側に配設され、前記可撓性ベースの一部分を保定するために構成された巻取りロールとをさらに備え、
前記送給ロール、底部ロール、および巻取りロールが、前記処理体積の内外に１つまたは複数の大面積基板を移送するために構成され、前記可撓性ベースを取り扱うことによって前記１つまたは複数の大面積基板を前記処理体積内で保持する、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記処理体積内に可動に配設されたスラストプレートであって、前記可撓性ベースの一部分を押すために構成されたスラストプレートと、
前記１つまたは複数の大面積基板のめっき表面に対して位置決めされたマスキングプレートとをさらに備え、前記マスキングプレートが、めっきすべき前記１つまたは複数の大面積基板の部分を露出するように構成され、前記マスキングプレートが、
めっきすべき領域を画定するために構成された複数の貫通穴を有する誘電体プレート本体と、
前記誘電体プレート本体に埋め込まれた複数の電気接点とを備え、前記複数の電気接点が電源と電気的に接続し、前記複数の電気接点が、前記１つまたは複数の大面積基板の表面と接触するように、かつ前記めっき浴に露出されないように構成された、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
アノードと１つまたは複数の大面積基板の表面上に形成された導電層との間に接続された電源をさらに備え、前記電源が、直接、または送給ロールを介して前記導電層に接続された、請求項５に記載の装置。
【請求項８】
大面積基板のシード層を洗浄するために構成された予備湿潤チャンバと、
前記大面積基板の前記シード層上に第１の金属の柱状層を形成するために構成された第１のめっきチャンバと、
前記柱状層の上に多孔質層を形成するために構成された第２のめっきチャンバと、
前記大面積基板を洗浄および乾燥するために構成されたリンス乾燥チャンバと、
前記チャンバ間で前記大面積基板を移送するために構成された基板移送メカニズムとを備える基板処理システムであって、
前記第１および第２のめっきチャンバがそれぞれ、
処理体積を画定するチャンバ本体であって、前記処理体積が、内部にめっき浴を貯留するために構成され、前記チャンバ本体が上側開口を有するチャンバ本体と、
前記処理体積から前記めっき浴を排出するために構成された排出システムと、
前記処理体積内に配設されるアノードアセンブリであって、前記めっき浴内に浸漬されるアノードを備えるアノードアセンブリと、
前記処理体積内に配設されるカソードアセンブリとを備え、前記カソードアセンブリが、
１つまたは複数の大面積基板を前記処理体積内で前記アノードに実質的に平行に位置決めするために構成された基板ハンドラ、および、
前記１つまたは複数の大面積基板に電気バイアスを結合するために構成された接触機構
を備える基板処理システム。
【請求項９】
前記大面積基板が、連続する可撓性ベース上に形成され、各チャンバが、
前記処理体積の外側に配設され、前記可撓性ベースの一部分を保定するために構成された送給ロールと、
前記処理体積の底部の近くに配設され、前記可撓性ベースの一部分を保定するために構成された底部ロールと、
前記処理体積の外側に配設され、前記可撓性ベースの一部分を保定するために構成された巻取りロールとを備え、
前記基板移送メカニズムが、各チャンバの内外に１つまたは複数の大面積基板を移送するように前記可撓性ベースを移動させるため、および前記１つまたは複数の大面積基板を各チャンバの処理体積内で保持するために送給ロールおよび巻取りロールを作動するように構成された、請求項８に記載の基板処理システム。
【請求項１０】
前記大面積基板が、処理中に各チャンバ内に実質的に垂直に位置決めされ、各めっきチャンバが、前記処理体積内に可動に配設されたスラストプレートをさらに備え、前記スラストプレートが、前記１つまたは複数の大面積基板が前記アノードの近くに位置して前記アノードに実質的に平行となるように前記可撓性ベースの一部分を押すために構成された、請求項９に記載の基板処理システム。
【請求項１１】
各めっきチャンバが、
前記１つまたは複数の大面積基板のめっき表面に対して位置決めされるマスキングプレートであって、めっきすべき前記１つまたは複数の大面積基板の部分を露出するように構成されたマスキングプレートをさらに備える、請求項１０に記載の基板処理システム。
【請求項１２】
前記基板ハンドラが、前記１つまたは複数の大面積基板を前記めっき浴内で保持するために構成された基板フレームを備え、前記基板ハンドラが、前記チャンバ間で移送されるように構成された、請求項８に記載の基板処理システム。
【請求項１３】
前記１つまたは複数の基板が後続の処理ステップのために位置決めされるように、前記基板移送メカニズムが、前記基板フレームを各チャンバから同時に持ち上げ、前記基板フレームを前記チャンバの上で移送させ、各基板フレームを別のチャンバに下げるように構成された、請求項１２に記載の基板処理システム。
【請求項１４】
各めっきチャンバの接触機構が、前記１つまたは複数の大面積基板のめっき表面に対して位置決めされたマスキングプレートを備え、前記マスキングプレートが、めっきすべき前記１つまたは複数の大面積基板の部分を露出するように構成された、請求項１２に記載の基板処理システム。
【請求項１５】
前記第２のめっきチャンバ内に前記第１の金属の多孔質層を形成した後に前記大面積基板をリンスするために構成されたリンスチャンバであって、前記多孔質層が、マクロ細孔性とマイクロ細孔性の少なくとも１つを備えるリンスチャンバと、
前記多孔質層の上に第２の金属の層をめっきするために構成された第３のめっきチャンバと
をさらに備える、請求項９に記載の基板処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、一般に、電気化学電池またはキャパシタを形成する装置および方法に関する。特に、本発明の実施形態は、３Ｄナノ構造を備える電極を有する電気化学電池またはキャパシタを形成するための装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気エネルギーは、一般に、２つの根本的に異なる方法で貯蔵することができる。すなわち、１）間接的に、化学エネルギーとして利用可能なポテンシャルエネルギーとして電池に貯蔵する方法であって、活性種の酸化および還元を必要とする方法、または２）直接的に、キャパシタのプレート上に生成される静電荷を使用する方法である。典型的には、通常のキャパシタは、それらのサイズにより、少量の電荷を貯蔵し、したがって少量の電気エネルギーのみを貯蔵する。従来のキャパシタでのエネルギー貯蔵は、一般に非ファラデー容量型であり、これは、電子移動が電極界面にわたって生じず、電荷およびエネルギーの貯蔵が静電的であることを意味する。
【０００３】
広範囲のポータブル電子機器および電気自動車用の独立した電源または補助電源として有用になるように十分な電荷を貯蔵することができる効果的な電気エネルギー貯蔵デバイスを形成するために、電気化学キャパシタと呼ばれるデバイスが製造されている。電気化学キャパシタは、電池の高いエネルギー貯蔵電位のいくつかの側面を、キャパシタの高いエネルギー移動速度および高い再充電能力と組み合わせたエネルギー貯蔵デバイスである。
【０００４】
電気化学キャパシタという用語は、当技術分野では、スーパーキャパシタ、電気二重層キャパシタ、またはウルトラキャパシタと呼ばれることもある。電気化学キャパシタは、従来のキャパシタよりも数百倍高いエネルギー密度と、電池よりも数千倍高い出力密度とを有することができる。電気化学キャパシタにおけるエネルギー貯蔵は、ファラデー容量型でも非ファラデー容量型でもよいことに留意すべきである。
【０００５】
ファラデー容量型電気化学キャパシタと非ファラデー容量型電気化学キャパシタのどちらにおいても、キャパシタンスは、電極および電極材料の特性に大きく依存する。理想的には、電極材料は、導電性であって大きな表面積を有するべきである。典型的には、電極材料は、大きな表面積を形成できるように多孔質構造から形成され、この多孔質構造は、非ファラデー容量型キャパシタンスを提供するためには、静電荷貯蔵用の電気二重層の形成に使用することができ、またはファラデー容量型キャパシタンスを提供するためには、化学的な可逆酸化還元反応の場として使用することができる。
【０００６】
電気化学電池は、化学エネルギーを電気エネルギーに変換するデバイスである。電気化学電池は、典型的には、直流源として作用するように接続された１群の電気セルからなる。
【０００７】
一般に、電気セルは、２つの異種物質、すなわち正電極と負電極と、第３の物質、すなわち電解質とからなる。正電極および負電極は、電気を導通する。電解質は、電極に対して化学的に作用する。２つの電極は、銅ワイヤ片など外部回路によって接続される。
【０００８】
電解質は、電極間で電子を移動させるためのイオン伝導体として働く。電圧、または起電力は、使用される物質の化学的特性によって決まるが、電極のサイズまたは電解質の量によっては影響を受けない。
【０００９】
電気化学電池は、乾電池または湿電池に分類される。乾電池では、電解質は多孔質媒体に吸収されるか、または他の方法で流動を制約される。湿電池では、電解質は液状であり、自由に流動および移動することができる。また、電池は、一般に２つの主なタイプに分けることができる。すなわち、充電池と、再充電可能でない、または使い捨ての電池である。
【００１０】
一次電池とも呼ばれる使い捨ての電池は、電流供給を引き起こす化学変化が完了するまで使用することができ、その時点で電池は処分される。使い捨て電池は、最も一般的には、比較的小さいポータブルデバイスで使用され、そのようなデバイスは、断続的にのみ使用され、または代わりとなる電源から遠く、または電流ドレインが低い。
【００１１】
二次電池とも呼ばれる充電池は、使い切った後に再使用することができる。これは、外部電流を印加することによって行われ、この電流が、使用時に行われた化学変化の逆を生じさせる。適切な電流を供給する外部デバイスは、充電器または再充電器と呼ばれる。
【００１２】
充電池は、蓄電池として知られることもある。蓄電池は、一般に、液体電解質を使用する湿電池タイプのものであり、何度も再充電することができる。蓄電池は、直列接続された複数のセルからなる。各セルは、液体電解質によって分離された複数の交互の正極板と負極板を含む。セルの正極板は、正電極を形成するように接続され、負極板は、負電極を形成するように接続される。
【００１３】
充電のプロセスでは、各セルは、その放電動作と逆に動作するようになされる。充電中、電流がセルを通して放電中とは逆方向に流され、放電中に通常生じる化学反応の逆を生じさせる。電気エネルギーは、充電中、貯蔵される化学エネルギーに変換される。
【００１４】
蓄電池は、自動車で最も多く使用されており、内燃機関を始動させるために使用されている。電池技術の改良により、代わりに電気駆動モータに電池システムが電力を供給する車両が実現されている。
【００１５】
電気化学電池またはキャパシタをより有望な製品とするために、電気化学電池またはキャパシタを製造するコストを低減すること、および形成された電気化学電池またはキャパシタデバイスの効率を改良することが重要である。
【発明の概要】
【００１６】
したがって、寿命がより長く、堆積される被膜の特性が改良され、製造コストがより低い、電気化学電池またはキャパシタの電極を形成するための方法および装置が必要である。
【００１７】
本明細書で説明する実施形態は、一般に、電気化学電池およびキャパシタ電極構造に関し、特に、寿命がより長く、製造コストがより低く、プロセス性能が改良された、信頼性が高く費用対効果が高い電気化学電池およびキャパシタ電極構造を製造する装置および方法に関する。
【００１８】
本発明の一実施形態は、大面積基板上に金属をめっきするための装置であって、処理体積を画定するチャンバ本体であって、処理体積が、内部にめっき浴を貯留するために構成され、チャンバ本体が上側開口を有するチャンバ本体と、処理体積内にめっき浴を形成するためにめっき溶液を分散するように構成された複数のジェットスプレーであって、チャンバ本体の側壁に対して開いている複数のジェットスプレーと、処理体積からめっき浴を排出するために構成された排出システムと、処理体積内に配設されるアノードアセンブリであって、実質的に垂直な姿勢でめっき浴内に浸漬されるアノードを備えるアノードアセンブリと、処理体積内に配設されるカソードアセンブリとを備え、カソードアセンブリが、１つまたは複数の大面積基板を処理体積内で、実質的に垂直な姿勢で、アノードに実質的に平行に位置決めするために構成された基板ハンドラと、１つまたは複数の大面積基板に電気バイアスを結合するために構成された接触機構とを備える装置を提供する。
【００１９】
本発明の別の実施形態は、大面積基板のシード層を洗浄するために構成された予備湿潤チャンバと、前記大面積基板の前記シード層上に第１の金属の柱状層を形成するために構成された第１のめっきチャンバと、前記柱状層の上に多孔質層を形成するために構成された第２のめっきチャンバと、前記大面積基板を洗浄および乾燥するために構成されたリンス乾燥チャンバと、前記チャンバ間で前記大面積基板を移送するために構成された基板移送メカニズムとを備える基板処理システムであって、前記第１および第２のめっきチャンバがそれぞれ、処理体積を画定するチャンバ本体であって、前記処理体積が、内部にめっき浴を貯留するために構成され、前記チャンバ本体が上側開口を有するチャンバ本体と、前記処理体積から前記めっき浴を排出するために構成された排出システムと、前記処理体積内に配設されるアノードアセンブリであって、前記めっき浴内に浸漬されるアノードを備えるアノードアセンブリと、前記処理体積内に配設されるカソードアセンブリとを備え、前記カソードアセンブリが、１つまたは複数の大面積基板を前記処理体積内で前記アノードに実質的に平行に位置決めするために構成された基板ハンドラと、前記１つまたは複数の大面積基板に電気バイアスを結合するために構成された接触機構とを備える基板処理システムを提供する。
【００２０】
上に記載した本発明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、上に簡単に要約した本発明をより詳細に説明する。これらの実施形態のいくつかは添付図面に示されている。しかし、添付図面は、本発明の典型的な実施形態のみを示しており、したがって、本発明は他の同等に効果的な実施形態にも適用可能であるので、本発明の範囲を限定するものとみなすべきではないことに留意すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１Ａ】電気化学キャパシタユニットの活性領域の簡略概略図である。
【図１Ｂ】リチウムイオン電池セルの簡略概略図である。
【図２】本明細書で説明する実施形態による電極を形成するための方法の流れ図である。
【図３】本発明の実施形態によるアノードの形成を示す概略断面図である。
【図４】本明細書で説明する実施形態による多孔質電極を形成するための方法の流れ図である。
【図５Ａ】本発明の一実施形態によるめっきチャンバの概略側断面図である。
【図５Ｂ】基板移送位置での図５Ａのめっきチャンバの概略側断面図である。
【図５Ｃ】図５Ａの１つまたは複数のめっきチャンバを使用するめっきシステムを概略的に示す図である。
【図６Ａ】本発明の一実施形態によるめっきチャンバの概略側断面図である。
【図６Ｂ】本発明の一実施形態によるめっきチャンバの概略側断面図である。
【図６Ｃ】図６Ａの１つまたは複数のめっきチャンバを使用するめっきシステムを概略的に示す図である。
【図７Ａ】本発明の一実施形態によるめっきチャンバの概略斜視図である。
【図７Ｂ】めっき位置での図７Ａのめっきチャンバの概略側断面図である。
【図７Ｃ】本発明の一実施形態による基板ホルダの概略図である。
【図８Ａ】本発明の一実施形態による処理システムを概略的に示す図である。
【図８Ｂ】本発明の一実施形態による処理システムを概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
分かりやすくするために、可能な限り、図面において共通の同一の要素は同一の参照番号を使用して表してある。一実施形態の要素および／またはプロセスステップは、さらに詳述していなくても、他の実施形態に有益に組み込むことができるものと考えられる。
【００２３】
本明細書で説明する実施形態は、一般に、電気化学電池またはキャパシタ用の電極構造に関し、特に、寿命がより長く、製造コストがより低く、プロセス性能が改良された、信頼性が高く費用対効果の高い電気化学電池またはキャパシタ電極構造を製造するための装置および方法に関する。一実施形態は、基板のシード層上に柱状構造を形成するために構成された第１のめっきチャンバと、柱状構造上に多孔質層を形成するために構成された第２のめっきチャンバとを備える基板めっきシステムを提供する。一実施形態は、１つまたは複数の大面積基板にめっきするために構成されためっきチャンバを提供する。一実施形態では、めっきチャンバは、連続する可撓性ベースに形成された大面積基板を処理体積内で位置決めするため、および処理体積の内外に大面積基板を移送するために構成された送給ロール、底部ロール、および巻取りロールを備える。別の実施形態では、めっきチャンバは、処理体積内に可動に配設され、１つまたは複数の大面積基板を保持するために、および処理体積の内外に１つまたは複数の大面積基板を移送するために構成された基板ホルダを備える。
【００２４】
高いめっき速度を実現するため、および所望のめっき被膜特性を実現するために、しばしば、拡散境界層を減少させることによって、または電解質浴内の金属イオン濃度を高めることによって、カソード（例えばシード層表面）付近の金属イオンの濃度を高めることが望ましい。拡散境界層は、流体力学境界層に強く関係付けられることに留意すべきである。所望のめっき速度で金属イオン濃度が低すぎる、および／または拡散境界層が大きすぎる場合、制限電流（ｉＬ）に達する。制限電流に達したときに生じる拡散制限されためっきプロセスは、カソード（例えば金属被覆された基板表面）へのより多くのパワー（例えば電圧）の印加によるめっき速度の増加を防げる。制限電流に達したとき、ガスの発生と、質量輸送制限されたプロセスにより生じて得られる樹脂状結晶タイプの被膜成長とにより、低密度の柱状被膜が生成される。
【００２５】
図１Ａは、電源１６０の使用によって電力供給することができる電気化学キャパシタユニット１００の活性領域１４０の簡略概略図である。電気化学キャパシタユニット１００は、円形、正方形、長方形、多角形など任意の形状、およびサイズでよい。活性領域１４０は、一般に、膜１１０と、本明細書で説明する実施形態に従って形成される多孔質電極１２０と、集電板１５０と、多孔質電極１２０、集電板１５０、および膜１１０に接触する電解質１３０とを含む。導電性の集電板１５０が、多孔質電極１２０および膜１１０を間に挟む。
【００２６】
集電板１５０の間に含まれる電解質１３０は、一般に、電気化学キャパシタユニット１００用の電荷貯蔵部を提供する。電解質１３０は、形成されるデバイスの所望の充電または放電特性を実現するのに望ましい電気抵抗および特性を有する固体材料または流体材料でよい。電解質は、流体である場合、電極材料の細孔に入り、電荷貯蔵用のイオン電荷担体を提供する。流体電解質では、各集電板１５０で収集された電荷の短絡を防止するために膜１１０が非導電性であることが必要である。
【００２７】
膜１１０は、典型的には、電極間でのイオンが流れることができるように透過性であり、かつ流体透過性である。非導電性であり透過性のセパレータ材料の例は、多孔質の親水性ポリエチレン、ポリプロピレン、グラスファイバマット、多孔質ガラスペーパーである。膜１１０は、イオン交換樹脂材料、ポリマー材料、または多孔質無機支持体から形成することができる。例えば、３層のポリオレフィン、３層のセラミック粒子を含むポリオレフィン、イオンパーフルオロスルホン酸ポリマー膜、例えばＥ．Ｉ．ＤｕＰｏｎｔ  ｄｅ  Ｎｅｍｅｏｕｒｓ  ＆  Ｃｏ．から市販されているＮａｆｉｏｎ（商標）である。他の適切な膜材料としては、Ｇｏｒｅ  Ｓｅｌｅｃｔ（商標）、スルホン化フルオロカーボンポリマー、ポリベンズイミダゾール（ＰＢＩ）膜（Ｃｅｌａｎｅｓｅ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ（米国テキサス州ダラス）製）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）膜、および他の材料がある。
【００２８】
多孔質電極１２０は、一般に、大きい表面積を有し、かつ電解質１３０が構造を透過できるように所望の細孔分布を有する導電性材料を含む。多孔質電極１２０は、一般に、二重層を形成するための領域を提供するため、および／または擬似容量キャパシタなどで、固体多孔質電極材料と電解質成分との反応を可能にするための領域を提供するために、大きな表面積を必要とする。多孔質電極１２０は、様々な金属、プラスチック、ガラス材料、黒鉛、または他の適切な材料から形成することができる。一実施形態では、多孔質電極１２０は、任意の導電性材料、例えば金属、プラスチック、黒鉛、ポリマー、炭素含有ポリマー、複合材、または他の適切な材料からなる。より具体的には、多孔質電極１２０は、銅、アルミニウム、亜鉛、ニッケル、コバルト、パラジウム、白金、スズ、ルテニウム、ステンレス鋼、チタン、リチウム、それらの合金、およびそれらの組合せからなることがある。
【００２９】
本明細書で説明する実施形態は、一般に、電極材料の３次元成長によって電極の表面積を増加させるための様々な装置および方法を含む。有利には、多孔質３次元電極のより大きい表面積により、サイクル改良と共にキャパシタンスが増加し、高導電率の３次元ナノ材料を使用して高速の充電が可能になり、かつ大きなエネルギーおよび出力密度が実現される。
【００３０】
一実施形態では、電極材料の３次元成長は、制限電流（ｉＬ）を超える電流密度で行われる高いめっき速度の電気めっきプロセスを使用して行われる。一実施形態では、柱状金属層は、第１の電流密度での拡散制限された堆積プロセスと、それに続く、第１の電流密度よりも大きい第２の電流密度での電極材料の３次元成長とによって形成される。得られる電極構造は、寿命がより長く、製造コストがより低く、プロセス性能が改良されている。
【００３１】
図１Ｂは、リチウムイオン電池セル１５８の簡略概略図である。リチウムイオン電池は、電気化学電池の一種である。使用時には、複数のリチウムイオン電池セル１５０を一体に組み立てることができる。リチウムイオン電池セル１５０は、アノード１５１と、カソード１５２と、セパレータ１５３と、アノード１５１、カソード１５２、およびセパレータ１５３に接触する電解質１５４と、アノード１５１とカソード１５２の間に設けられた負荷１５６とを備える。
【００３２】
アノード１５１とカソード１５２はどちらも、リチウムが内外に移動することができる材料からなる。リチウムがアノード１５１またはカソード１５２の中に移動するプロセスは、インサーションまたはインターカレーションと呼ばれる。リチウムがアノード１５１またはカソード１５２の外に移動する逆のプロセスは、エクストラクションまたはデインターカレーションと呼ばれる。リチウムイオン電池セル１５０が放電しているとき、リチウムは、アノード１５１から抜き出されてカソード１５２内に導入される。リチウムイオン電池セル１５０が充電しているとき、リチウムは、カソード１５２から抜き出されてアノード１５１内に導入される。
【００３３】
アノード１５１は、リチウムイオン１５５を貯蔵するように構成される。アノード１５１は、炭素含有材料または金属材料から形成することができる。アノード１５１は、酸化物、リン酸塩、フルオロリン酸塩、またはケイ酸塩をからなることがある。
【００３４】
カソード１５２は、層状酸化物、例えばリチウムコバルト酸化物、ポリアニオン、例えばリチウム鉄リン酸塩、スピネル、例えばリチウムマンガン酸化物、またはＴｉＳ２（二硫化チタン）から形成することができる。例示的な酸化物は、層状リチウムコバルト酸化物、または混合金属酸化物、例えばＬｉＮｉＸＣｏ１−２ＸＭｎＯ２、ＬｉＭｎ２Ｏ４でよい。アノード１５１は大きな表面積を有することが望ましい。例示的なリン酸塩は、鉄カンラン石（ＬｉＦｅＰＯ４）、およびその異形体（ＬｉＦｅ１−ＸＭｇＰＯ４）、ＬｉＭｏＰＯ４、ＬｉＣＯＰＯ４、Ｌｉ３Ｖ２（ＰＯ４）３、ＬｉＶＯＰＯ４、ＬｉＭＰ２Ｏ７、またはＬｉＦｅ１．５Ｐ２Ｏ７である。例示的なフルオロリン酸塩は、ＬｉＶＰＯ４Ｆ、ＬｉＡｌＰＯ４Ｆ、Ｌｉ５Ｖ（ＰＯ４）２Ｆ２、Ｌｉ５Ｃｒ（ＰＯ４）２Ｆ２、Ｌｉ２ＣｏＰＯ４Ｆ、Ｌｉ２ＮｉＰＯ４Ｆ、またはＮａ５Ｖ２（ＰＯ４）２Ｆ３でよい。例示的なケイ酸塩は、Ｌｉ２ＦｅＳｉＯ４、Ｌｉ２ＭｎＳｉＯ４、またはＬｉ２ＶＯＳｉＯ４でよい。
【００３５】
セパレータ１５３は、短絡を防止するためにアノード１５１とカソード１５２を物理的に離隔して保ちながら、アノード１５１とカソード１５２の間でのイオン移動のためのイオンチャネルを供給するように構成される。セパレータ１５３は、酸化ポリエチレン（ＰＥＯ）などの固体ポリマーでよい。
【００３６】
電解質１５４は、一般にリチウム塩の溶液、例えば有機溶媒中のＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、またはＬｉＣｌＯ４である。
【００３７】
リチウムイオン電池セル１５０が放電するとき、リチウムイオン１５５は、アノード１５１からカソード１５２に移動して、アノード１５１とカソード１５２の間に接続された負荷１５６に電力供給するための電流を提供する。リチウムイオン電池セル１５０を使い切ったとき、アノード１５１とカソード１５２の間に充電器１５７を接続して、リチウムイオン１５５をアノード１５１に進めるための電流を提供することができる。リチウムイオン電池セル１５０に貯蔵されるエネルギー量は、アノード１５１に貯蔵されるリチウムイオン１５５の量によって決まるので、アノード１５１においてできるだけ大きな表面積を有することが望ましい。以下に説明する本発明の実施形態は、より大きい表面積を有する電極を製造するための方法および装置を提供する。
【００３８】
図２は、本明細書で説明する実施形態による電極を形成するためのプロセス２００の本明細書で説明する一実施形態による流れ図である。図３は、本明細書で説明する実施形態に従って形成された電極の概略断面図である。プロセス２００は、プロセスステップ２０２〜２１２を含み、電極が基板２２０上に形成される。プロセス２００は、本発明の実施形態によるシステムを用いて行うことができる。
【００３９】
第１のプロセスステップ２０２は、基板２２０を提供するステップを含む。基板２２０は、銅、アルミニウム、ニッケル、亜鉛、スズ、可撓性材料、ステンレス鋼、およびそれらの組合せからなる群から選択される材料からなることがある。可撓性基板は、ポリマー材料、例えばポリイミド（例えばＤｕＰｏｎｔ  ＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎによるＫＡＰＴＯＮ（商標））、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリアクリレート、ポリカーボネート、シリコーン、エポキシ樹脂、シリコーン官能化エポキシ樹脂、ポリエステル（例えばＥ．Ｉ．ｄｕ  Ｐｏｎｔ  ｄｅ  Ｎｅｍｏｕｒｓ  ＆  Ｃｏ．によるＭＹＬＡＲ（商標））、Ｋａｎｅｇａｆｔｉｇｉ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｉｎｄｕｓｔｒｙ  Ｃｏｍｐａｎｙ製のＡＰＩＣＡＬ  ＡＶ、ＵＢＥ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ，  Ｌｔｄ製のＵＰＩＬＥＸ、Ｓｕｍｉｔｏｍｏ製のポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリエーテルイミド（例えばＧｅｎｅｒａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｃｏｍｐａｎｙ製のＵＬＴＥＭ）、およびポリエチレンナフタート（ＰＥＮ）から構成することができる。いくつかの場合には、基板は、絶縁コーティングが上に設けられたステンレス鋼など、金属箔から構成することができる。あるいは、可撓性基板を、ポリマーコーティングで補強された比較的薄いガラスから構成することもできる。
【００４０】
第２のプロセスステップ２０４は、任意選択で、基板の上に障壁層を堆積するステップを含む。障壁層２２２は、障壁層の上に後で堆積される材料が下にある基板内に拡散するのを防止または阻止するために堆積することができる。障壁層材料の例としては、耐火金属、および耐火金属窒化物、例えばタンタル（Ｔａ）、窒化タンタル（ＴａＮＸ）、チタン（Ｔｉ）、窒化チタン（ＴｉＮＸ）、タングステン（Ｗ）、窒化タングステン（ＷＮＸ）、およびそれらの混合物がある。障壁層材料の他の例としては、窒素を添加されたＰＶＤチタン、ドープトシリコン、アルミニウム、酸化アルミニウム、窒化チタンケイ素、窒化タングステンケイ素、およびそれらの組合せがある。例示的な障壁層および障壁層堆積技法は、２００２年１月２８日出願の「Ｍｅｔｈｏｄ  ｏｆ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｎｇ  Ａ  Ｃａｔａｌｙｔｉｃ  Ｓｅｅｄ  Ｌａｙｅｒ」という名称の米国特許出願公開第２００３／０１４３８３７号にさらに記載されており、その特許公開を、本明細書で説明する実施形態と矛盾しない範囲で参照により本明細書に組み込む。
【００４１】
障壁層は、ＣＶＤ法、ＰＶＤ法、無電解堆積法、蒸着法、または分子ビームエピタキシ法によって堆積することができる。また、障壁層は、同じ技法または技法の組合せによって個々にまたは順次に堆積された多層被膜でもよい。
【００４２】
第３のプロセスステップ２０６は、任意選択で、基板２２０の上にシード層２２４を堆積するステップを含む。シード層２２４は、その上への後続の材料堆積を補助する導電性金属からなる。シード層２２４は、好ましくは、銅シード層または銅の合金からなる。他の金属、特に貴金属も、シード層のために使用することができる。シード層２２４は、物理気相成長法、化学気相成長法、蒸着法、および無電解堆積法を含めた当技術分野で従来知られている技法によって障壁層の上に堆積することができる。
【００４３】
第４のプロセスステップ２０８は、シード層２２４の上に柱状金属層２２６を形成するステップを含む。柱状金属層２２６の形成は、水素の発生により多孔質金属被膜が形成されるプロセス条件を確立することを含む。柱状金属層２２６の形成は、一般に、めっきチャンバ内で、適切なめっき溶液を使用して行われる。銅をめっきするために本明細書で説明するプロセスと共に使用することができる適切なめっき溶液は、少なくとも１つの銅源化合物、少なくとも１つの酸ベース電解質、および任意選択の添加剤を含むことができる。
【００４４】
めっき溶液は、様々な配位子の少なくとも１つと錯体化またはキレート化された少なくとも１つの銅源化合物を含む。水などの配位子に対して非常に低い結合性を有する遊離銅イオンとは対照的に、錯体化された銅は、核に銅原子を含み、銅に対して強い結合性を有する配位子、官能基、分子、またはイオンによって取り囲まれる。錯体化される銅源は、めっき溶液に加えられる前にキレート化されて、例えばクエン酸銅にされ、またはインサイチュで、硫酸銅などの遊離銅イオン源とクエン酸やクエン酸ナトリウムなどの錯体化剤とを組み合わせることによって銅錯体が形成される。銅原子は、配位子との錯体化の前、その途中、またはその後に、０価、１価、または２価など任意の酸化状態でよい。したがって、本開示を通じて、特に区別または注釈しない限り、用語「銅」または元素記号「Ｃｕ」の使用は、銅金属（Ｃｕ０）、１価の銅（Ｃｕ＋１）、または２価の銅（Ｃｕ＋２）の使用を含む。
【００４５】
適切な銅源化合物の例としては、硫酸銅、リン酸銅、硝酸銅、クエン酸銅、酒石酸銅、シュウ酸銅、銅ＥＤＴＡ、酢酸銅、ピロリン酸銅、およびそれらの組合せ、好ましくは硫酸銅および／またはクエン酸銅がある。特定の銅源化合物は、配位変形体を有することがある。例えば、クエン酸銅は、少なくとも１つの１価の銅原子、２価の銅原子、またはそれらの組合せと少なくとも１つのクエン酸配位子とを含むことがあり、Ｃｕ（Ｃ６Ｈ７Ｏ７）、Ｃｕ２（Ｃ６Ｈ４Ｏ７）、Ｃｕ３（Ｃ６Ｈ５Ｏ７）、またはＣｕ（Ｃ６Ｈ７Ｏ７）２を含むことがある。別の例では、銅ＥＤＴＡは、少なくとも１つの１価の銅原子、２価の銅原子、またはそれらの組合せと少なくとも１つのＥＤＴＡ配位子を含むことがあり、Ｃｕ（Ｃ１０Ｈ１５Ｏ５Ｎ２）、Ｃｕ２（Ｃ１０Ｈ１４Ｏ８Ｎ２）、Ｃｕ３（Ｃ１０Ｈ１３Ｏ８Ｎ２）、Ｃｕ４（Ｃ１０Ｈ１２Ｏ８Ｎ２）、Ｃｕ（Ｃ１０Ｈ１４Ｏ８Ｎ２）、またはＣｕ２（Ｃ１０Ｈ１２Ｏ８Ｎ２）を含むことがある。めっき溶液は、約０．０２Ｍ〜約０．８Ｍの範囲内、好ましくは約０．１Ｍ〜約０．５Ｍの範囲内の濃度で、１つまたは複数の銅源化合物または錯体化された金属化合物を含むことができる。例えば、約０．２５Ｍの硫酸銅を銅源化合物として使用することができる。
【００４６】
適切なスズ源の例は、可溶性スズ化合物でよい。可溶性スズ化合物は、第二スズ塩または第一スズ塩でよい。第二スズ塩または第一スズ塩は、硫酸塩、アルカンスルホン酸塩、またはアルカノールスルホン酸塩でよい。例えば、浴可溶性スズ化合物は、以下の式の１つまたは複数の第一スズアルカンスルホン酸塩でよい。
（ＲＳＯ３）２Ｓｎ
ここで、Ｒは、１〜１２の炭素原子を含むアルキル基である。第一スズアルカンスルホン酸塩は、以下の式を有する第一スズメタンスルホン酸塩でよい。
【００４７】
2012510163.tif 000003
また、浴可溶性スズ化合物は、式ＳｎＳＯ４の硫酸第一スズでもよい。
【００４８】
また、可溶性スズ化合物の例には、メタンスルホン酸、エタンスルホン酸、２−プロパノールスルホン酸、ｐ−フェノールスルホン酸など有機スルホン酸のスズ（ＩＩ）塩、ホウフッ化スズ（ＩＩ）、スルホコハク酸スズ（ＩＩ）、硫酸スズ（ＩＩ）、酸化スズ（ＩＩ）、塩化スズ（ＩＩ）なども含めることができる。これらの可溶性スズ（ＩＩ）化合物は、単独で、または２種以上を組み合わせて使用することができる。
【００４９】
適切なコバルト源の例としては、硫酸コバルト、硝酸コバルト、塩化コバルト、臭化コバルト、炭酸コバルト、酢酸コバルト、エチレンジアミン四酢酸コバルト、アセチルアセトン酸コバルト（ＩＩ）、アセチルアセトン酸コバルト（ＩＩＩ）、グリシンコバルト（ＩＩＩ）、およびピロリン酸コバルト、またはこれらの組合せから選択されるコバルト塩を挙げることができる。
【００５０】
一実施形態では、めっき溶液は、銅源化合物および錯体化された銅イオンの代わりに、遊離銅イオンを含む。
【００５１】
めっき溶液は、少なくとも１つまたは複数の酸ベース電解質を含むことができる。適切な酸ベース電解質系としては、例えば、硫酸ベース電解質、リン酸ベース電解質、過塩素酸ベース電解質、酢酸ベース電解質、およびそれらの組合せがある。適切な酸ベース電解質系としては、酸電解質、例えばリン酸、硫酸、およびそのアンモニウムおよびカリウム塩を含む酸電解質誘導体がある。また、酸ベース電解質系は、基板を処理するための所望のｐＨレベルを保つために組成物を緩衝することもできる。
【００５２】
任意選択で、めっき溶液は、１つまたは複数のキレート化合物または錯体化合物を含有することができ、カルボキシレート基、ヒドロキシル基、アルコキシル基、オキソ酸基、ヒドロキシル基とカルボキシレート基の混合物、およびそれらの組合せから選択される１つまたは複数の官能基を有する化合物を含むことができる。１つまたは複数のカルボキシレート基を有する適切なキレート化合物の例としては、クエン酸、酒石酸、ピロリン酸、コハク酸、シュウ酸、およびそれらの組合せがある。１つまたは複数のカルボキシレート基を有する他の適切な酸としては、酢酸、アジピン酸、酪酸、カプリン酸、カプロン酸、カプリル酸、グルタル酸、グルコール酸、ギ酸、フマル酸、乳酸、ラウリン酸、リンゴ酸、マレイン酸、マロン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、フタル酸、プロピオン酸、ピルビン酸、ステアリン酸、吉草酸、キナルジン酸、グリシン、アントラニル酸、フェニルアラニン、およびそれらの組合せがある。適切なキレート化合物のさらなる例としては、１つまたは複数のアミンおよびアミド官能基を有する化合物、例えばエチレンジアミン、ジエチレントリアミン、ジエチレントリアミン誘導体、ヘキサジアミン、アミノ酸、エチレンジアミン四酢酸、メチルホルムアミド、またはそれらの組合せがある。めっき溶液は、約０．０２Ｍ〜約１．６Ｍの範囲内、好ましくは約０．２Ｍ〜約１．０Ｍの範囲内の濃度で１つまたは複数のキレート化剤を含むことができる。例えば、約０．５Ｍのクエン酸をキレート化剤として使用することができる。
【００５３】
また、１つまたは複数のキレート化合物には、例えばリチウム、ナトリウム、カリウム、セシウム、カルシウム、マグネシウム、アンモニウム、およびそれらの組合せなどの本明細書で説明するキレート化合物の塩を含むこともできる。キレート化合物の塩は、完全に、または一部のみ、前述のカチオン（例えばナトリウム）と酸性プロトンを含有し、例えばＮａＸ（Ｃ６Ｈ８−ＸＯ７）またはＮａＸＥＤＴＡであり、ここでＸ＝１〜４である。そのような塩は、銅源と組み合わさってＮａＣｕ（Ｃ６Ｈ５Ｏ７）を生成する。適切な無機または有機酸塩の例としては、アンモニウムおよびカリウム塩、または有機酸、例えばシュウ酸アンモニウム、クエン酸アンモニウム、コハク酸アンモニウム、クエン酸２水素カリウム、クエン酸水素２カリウム、クエン酸３カリウム、酒石酸カリウム、酒石酸アンモニウム、コハク酸カリウム、シュウ酸カリウム、およびそれらの組合せがある。また、１つまたは複数のキレート化合物には、錯体塩、例えば水和物（例えばクエン酸ナトリウム二水和物）を含むこともできる。
【００５４】
このめっき溶液は銅をめっきするのに特に有用であるが、この溶液を、白金、タングステン、チタン、コバルト、金、銀、ルテニウム、スズ、それらの合金、およびそれらの組合せなど他の導電性材料を堆積するために使用することもできると考えられる。銅前駆体は、前述の金属と少なくとも１つの配位子を含有する前駆体、例えばクエン酸コバルト、硫酸コバルト、またはリン酸コバルトで置換される。
【００５５】
任意選択で、湿潤剤または抑制剤、例えばめっき溶液の導電率を低下させる電気抵抗添加剤を、約１０ｐｐｍ〜約２０００ｐｐｍの範囲内、好ましくは約５０ｐｐｍ〜約１０００ｐｐｍの範囲内で溶液に添加することができる。抑制剤は、ポリアクリルアミド、ポリアクリル酸ポリマー、ポリカルボキシレートコポリマー、酸化エチレンおよび／または酸化プロピレン（ＥＯ／ＰＯ）のポリエーテルまたはポリエステル、ヤシ脂肪酸ジエタノールアミド、オレイン酸ジエタノールアミド、エタノールアミド誘導体、またはそれらの組合せを含む。
【００５６】
任意選択で、ｐＨ７未満、好ましくは約３〜約７、より好ましくは約４．５〜約６．５を実現するために、１種または複数種のｐＨ調整剤がめっき溶液に添加される。ｐＨ調整剤の量は、様々な配合物中で他の成分の濃度が変えられるときに変えることができる。所与の濃度に関して、異なる化合物が異なるｐＨレベルを与えることがあり、例えば組成物は、所望のｐＨレベルを提供するために約０．１体積％〜約１０体積％の塩基、例えば水酸化カリウム、水酸化アンモニウム、またはそれらの組合せを含むことがある。１つまたは複数のｐＨ調整剤は、カルボン酸、例えば酢酸、クエン酸、シュウ酸、リン酸塩含有成分、例えばリン酸、リン酸アンモニウム、リン酸カリウム、無機酸、例えば硫酸、硝酸、塩酸、およびそれらの組合せを含む酸のクラスから選択することができる。
【００５７】
本明細書で説明するめっき溶液の残部または残りは、極性溶媒などの溶媒である。水、好ましくは脱イオン水が、好ましい溶媒である。有機溶媒、例えばアルコールやグリコールも使用することができるが、一般には水溶液に含まれる。
【００５８】
任意選択で、めっき溶液は、１つまたは複数の添加剤化合物を含むことができる。金属、すなわち銅を基板表面に堆積するためのめっき溶液の効果を改良するために、添加剤化合物は、限定はしないが、抑制剤、促進剤、均展剤、光沢剤、および安定剤を含めた電解質添加剤を含む。添加剤には、例えば、金属原子のイオン化速度を低下させて、それにより溶解プロセスを妨げることができるものや、光沢のある仕上がりの基板表面を提供することができるものがある。添加剤は、最大約１５重量％または体積％の濃度でめっき溶液中に存在することがあり、めっき後の所望の結果に基づいて変えることができる。
【００５９】
一実施形態では、めっき溶液は、少なくとも１つの銅源化合物、少なくとも１つの酸ベース電解質、および少なくとも１つの添加剤、例えばキレート化剤を含む。一実施形態では、少なくとも１つの銅源化合物が硫酸銅を含み、少なくとも１つの酸ベース電解質が硫酸を含み、キレート化合物がクエン酸塩を含む。
【００６０】
柱状金属層２２６は、高いめっき速度の堆積プロセスを使用して形成される。堆積バイアスの電流密度は、電流密度が制限電流（ｉＬ）を超えるように選択される。制限電流に達したとき、水素ガスの発生と、質量輸送制限されたプロセスにより生じる樹脂状結晶タイプの被膜成長とにより、柱状金属被膜が形成される。柱状金属層の形成中、堆積バイアスは通常、約１０Ａ／ｃｍ２以下、好ましくは約５Ａ／ｃｍ２以下、より好ましくは約３Ａ／ｃｍ２以下の電流密度を有する。一実施形態では、堆積バイアスは、約０．５Ａ／ｃｍ２〜約３．０Ａ／ｃｍ２の範囲内、例えば約２．０Ａ／ｃｍ２の電流密度を有する。
【００６１】
第５のプロセスステップ２１０は、柱状金属層２２６上に多孔質構造２２８を形成するステップを含む。柱状金属層の堆積よりも電圧および対応する電流密度を高めることによって、柱状金属層２２６上に多孔質構造２２８を形成することができる。堆積バイアスは通常、約１０Ａ／ｃｍ２以下、好ましくは約５Ａ／ｃｍ２以下、より好ましくは約３Ａ／ｃｍ２以下の電流密度を有する。一実施形態では、堆積バイアスは、約０．５Ａ／ｃｍ２〜約３．０Ａ／ｃｍ２の範囲内、例えば約２．０Ａ／ｃｍ２の電流密度を有する。
【００６２】
一実施形態では、多孔質構造２２８は、様々な形態の細孔性の１つまたは複数を備えることができる。一実施形態では、多孔質構造２２８は、約１００ミクロン以下の細孔を有するマクロ細孔性構造を備え、マクロ細孔性構造の非孔質部分は、直径約２ｎｍ〜約５０ｎｍの孔を有する（メソ細孔性）。別の実施形態では、多孔質構造２２８は、約３０ミクロンの細孔を有するマクロ細孔性構造を備える。さらに、多孔質構造２２８の表面がナノ構造を備えることができる。ミクロ細孔性と、メソ細孔性と、ナノ構造との組合せが、多孔質構造４０８の表面積を大幅に増加する。
【００６３】
一実施形態では、多孔質構造２２８は、単一の材料、例えば銅、スズ、ニッケル、コバルト、パラジウム、白金、スズ、ルテニウム、および他の適切な材料から形成することができる。別の実施形態では、多孔質構造２２８は、銅、亜鉛、ニッケル、コバルト、パラジウム、白金、スズ、ルテニウム、または他の適切な材料の合金からなることがある。
【００６４】
図３に示されるように、任意選択で、多孔質構造２２８上にパッシベーション層２３０を形成するために第６の処理ステップ２１２を行うことができる。パッシベーション層２３０は、電気化学めっきプロセスによって形成することができる。パッシベーション層２３０により、形成される電極の容量が高くなり、サイクル寿命が長くなる。一実施形態では、多孔質構造２２８は銅とスズの合金からなり、パッシベーション層２３０はスズ被膜からなる。別の実施形態では、多孔質構造２２８はコバルトとスズの合金からなる。一実施形態では、リンスステップ後にパッシベーション層２３０にめっきするために構成された新たなめっき浴内に基板２２０を浸漬することによって、パッシベーション層２３０を形成することができる。
【００６５】
本発明の実施形態は、プロセス２００のステップ２０８、２１０、２１２を連続的に行うための処理システムを提供する。図４は、本明細書で説明する実施形態に従って多孔質電極を形成するための方法２５０の流れ図である。方法２５０における各ブロックは、一般に、別個の処理チャンバ内で行われる。処理される基板は、一般に、プロセスを完成するために１つのチャンバから次のチャンバへと順次処理される。
【００６６】
ブロック２５２で、ＰＶＤプロセスまたは蒸着プロセスによってシード層を堆積された基板が、めっき前に酸化物、炭素、または他の汚染物質を除去するために、予備湿潤チャンバ内に位置決めされる。一般に、ＰＶＤプロセスに比べて蒸着プロセスのほうが低コストである。
【００６７】
ブロック２５４で、柱状金属層を形成するために、予備湿潤された基板が、第１のめっきチャンバのめっき浴に浸漬される。
【００６８】
ブロック２５６で、柱状金属層を上に形成された基板が、第１のめっきチャンバから取り出され、柱状金属層の上に多孔質層を形成するために第２のめっきチャンバのめっき浴内に浸漬される。
【００６９】
一実施形態では、柱状金属層と多孔質層は、銅など同じ金属からなることがあり、第１のチャンバと第２のチャンバでのめっき浴は同様であるか、または化学的に適合性がある。別の実施形態では、多孔質層は、スズと銅の合金からなることがある。別の実施形態では、多孔質層は、コバルトとスズの合金からなることがある。別の実施形態では、多孔質層は、コバルトとスズと銅の合金からなることがある。
【００７０】
ブロック２５８で、基板上の残留めっき溶液を除去するために、基板がリンスチャンバ内でリンスされる。
【００７１】
ブロック２６０で、パッシベーション薄膜を形成するために、基板が第３のめっきチャンバでのめっき浴内に浸漬される。一実施形態では、パッシベーション薄膜は、スズの薄膜からなることがある。
【００７２】
ブロック２６２で、後続の処理のために、基板がリンス乾燥チャンバ内でリンスされて乾燥される。
【００７３】
図５〜図８に、方法２５０を使用して電気化学電池またはキャパシタ用の電極の形成を行うために構成されたチャンバおよびシステムを示す。
【００７４】
図５Ａは、本発明の一実施形態によるめっきチャンバ４００の概略側断面図である。めっきチャンバ４００はめっき位置にある。図５Ｂは、基板移送位置でのめっきチャンバ４００の概略側断面図である。
【００７５】
めっきチャンバ４００は、可撓性ベース３０１の上に形成されたシード層３０５または導電層の上に金属層３０６を形成するために構成される。一実施形態では、可撓性ベース３０１は、部分ごとにめっきチャンバ４００に供給される。各部分を基板とみなすことができる。一般に、各基板は、処理後に可撓性ベース３０１の残りの部分から切断される。
【００７６】
一実施形態では、めっきチャンバ４００は、マスキングプレート４１０を使用して、シード層３０５の所望の領域の上に選択的に金属層３０６を堆積するように構成される。マスキングプレート４１０は、複数のアパーチャ４１３を有し、アパーチャ４１３は、電気化学的に堆積された材料をアパーチャ内に優先的に形成できるようにする。一実施形態では、マスキングプレート４１０は、可撓性太陽電池の受光側のために構成されたパターンを画定することができる。
【００７７】
めっきチャンバ４００は、一般に、ヘッドアセンブリ４０５と、可撓性基板アセンブリと、電極４２０と、電源４５０と、システム制御装置２５１と、めっきセルアセンブリ４３０とを含む。
【００７８】
めっきセルアセンブリ４３０は、一般に、めっき領域４３５と電解質収集領域４３６を画定するセル本体４３１を含む。動作時、一般には、ポンプ４４０を使用して、電解質「Ａ」を、電解質収集領域４３６から、電解質４２０と支持機構４３４の間に形成されたプレナム４３７を通し、マスキングプレート４１０に形成されたアパーチャ４１３を通し、その後、めっき領域４３５を隔てている堰４３２を越えてさらに電解質収集領域４３６に流すことが望ましい。
【００７９】
一実施形態では、電極４２０は、セル本体４３１内に形成された１つまたは複数の支持機構４３４上に支持することができる。一実施形態では、電極４２０は複数の穴４２１を含み、これらの穴４２１により、プレナム４３７からめっき領域４３５に進む電解質「Ａ」が、マスキングプレート４１０全体にわたって分散される一様な流れを有し、可撓性ベース３０１上の少なくとも１つの表面に接することができるようになる。ポンプ４４０によって生成される流体運動は、アパーチャ４１３の一端に露出された露出領域４０４での電解質成分の補給を可能にする。
【００８０】
電極４２０は、電気めっき反応中に消耗される材料から形成することもできるが、非消耗材料から形成されることがより好ましい。非消耗電極は、白金またはルテニウム被覆チタンなど、金属層３０６の形成中にエッチングされない導電性材料から形成することができる。
【００８１】
ヘッドアセンブリ４０５は、一般に、スラストプレート４１４とマスキングプレート４１０を含み、マスキングプレート４１０は、電気化学堆積プロセス中に電極４２０に対して可撓性ベース３０１の一部分を定位置に保つように適合される。一態様では、マスキングプレート４１０の上面４１８に形成された電気接点４１２に対してスラストプレート４１４および可撓性ベース３０１を付勢するために機械的アクチュエータ４１５が使用され、それにより、可撓性ベース３０１の表面上に形成されたシード層３０５と電源４５０との間にリード線４５１を介して電気接続を形成することができる。
【００８２】
一実施形態では、図５Ａに示されるように、電気接点４１２は、マスキングプレート４１０の表面上に形成される。別の実施形態では、電気接点４１２は、互いに離れた別個の導電性接点から形成することができ、これらの導電性接点は、可撓性ベース３０１がマスキングプレート４１０に対して付勢されるときに、マスキングプレート４１０に形成された凹部内に入れ子に配置される。電気接点４１２は、金属、例えば白金、金、もしくはニッケル、または別の導電性材料、例えば黒鉛、銅Ｃｕ、リン銅（ＣｕＰ）、および白金被覆チタン（Ｐｔ／Ｔｉ）から形成することができる。
【００８３】
可撓性基板アセンブリ４６０は、フィードアクチュエータに結合された送給ロール４６１と、巻取りアクチュエータに結合された巻取りロール４６２とを備える。可撓性基板アセンブリ４６０は、処理中に可撓性ベース３０１の一部分を送給してめっきチャンバ４００内部で位置決めするために構成される。
【００８４】
一態様では、送給ロール４６１は、シード層３０５が上に形成されているある量の可撓性ベース３０１を含む。巻取りロール４６２は、一般に、金属層３０６の後に、ある量の可撓性ベース３０１を含む。フィードアクチュエータと巻取りアクチュエータを使用して、可撓性ベース３０１に電気化学プロセスを施すことができるように可撓性ベース３０１を位置決めして所望の張力をかける。フィードアクチュエータと巻取りアクチュエータは、ＤＣサーボモータ、ステッパモータ、機械的なばねと制動器、または、可撓性基板を所望の位置に位置決めして保持するためにめっきチャンバ４００と共に使用することができる他のデバイスでよい。
【００８５】
図５Ｂは、移送位置でのめっきチャンバ４００を示す側断面図であり、シード層３０５を含む可撓性ベース３０１の所望の部分を、マスキングプレート４１０および電極４２０に対して所望の位置に位置決めすることができるようにし、それにより所望の部分に金属層３０６が形成される。一態様では、シード層３０５を含む可撓性ベース３０１の所望の部分を制御してヘッドアセンブリ４０５内部で位置決めするために、様々な従来のエンコーダまたは他のデバイスがフィードアクチュエータおよび／または巻取りアクチュエータに関連付けて使用される。
【００８６】
図５Ｃは、上述した方法２５０と同様の方法を使用して電気化学電池またはキャパシタの電極をめっきするために構成されためっきシステム５００を概略的に示す。
【００８７】
めっきシステム５００は、一般に、一列に配置された複数の処理チャンバを備え、それぞれが、連続する可撓性ベースの一部分の上に形成された基板５１１に対して１つの処理ステップを行うために構成される。
【００８８】
めっきシステム５００は、可撓性ベースの一部分の上に形成された基板５１１を予備湿潤するために構成された予備湿潤チャンバ５０１を備える。予備湿潤チャンバ５０１は、図５Ａのめっきチャンバ４００と同様の構造でよく、めっきプロセスに必要な電極４２０、マスキングプレート４１０、および電源４５０は備えない。
【００８９】
めっきシステム５００は、予備湿潤された後に基板５１１上に第１のめっきプロセスを行うために構成された第１のめっきチャンバ５０２をさらに備える。第１のめっきチャンバ５０２は、一般に、洗浄予備湿潤ステーションに並べて配置される。一実施形態では、第１のめっきプロセスは、基板５１１上に形成されたシード層上に柱状銅層をめっきするプロセスでよい。第１のめっきチャンバ５０２は、上述した図４Ａのめっきチャンバ４００と同様でよい。
【００９０】
めっきシステム５００は、第１のめっきチャンバ５０２に並べて配設された第２のめっきチャンバ５０３をさらに備える。第２のめっきチャンバ５０３は、第２のめっきプロセスを行うために構成される。一実施形態では、第２のめっきプロセスは、柱状銅層上に銅または合金の多孔質層を形成するプロセスである。第２のめっきチャンバ５０３は、上述した図４Ａのめっきチャンバ４００と同様でよい。
【００９１】
めっきシステム５００は、第２のめっきチャンバ５０３に並べて配設され、基板５１１から残留めっき溶液をリンスして除去するために構成されたリンスステーション５０４をさらに備える。リンスステーション５０４は、図５Ａのめっきチャンバ４００と同様の構造でよく、めっきプロセスに必要な電極４２０、マスキングプレート４１０、および電源４５０は備えない。
【００９２】
めっきシステム５００は、リンスステーション５０４に並べて配設された第３のめっきチャンバ５０５をさらに備える。第３のめっきチャンバ５０５は、第３のめっきプロセスを行うために構成される。一実施形態では、第３のめっきプロセスは、多孔質層の上に薄膜を形成するプロセスである。第３のめっきチャンバ５０５は、上述した図４Ａのめっきチャンバ４００と同様でよい。
【００９３】
めっきシステム５００は、第３のめっきチャンバ５０５に並べて配設され、めっきプロセス後に基板５１１をリンスして乾燥させ、後続の処理のために準備された基板５１１を提供するために構成されたリンス乾燥ステーション５０６をさらに備える。リンス乾燥ステーション５０６は、図５Ａのめっきチャンバ４００と同様の構造でよく、めっきプロセスに必要な電極４２０、マスキングプレート４１０、および電源４５０は備えない。一実施形態では、リンス乾燥ステーション５０６は、基板５１１がリンス乾燥チャンバ５０６から出たときに基板５１１に乾燥蒸気を当てるために構成された１つまたは複数の蒸気ジェット５０６ａを備えることができる。
【００９４】
処理チャンバ５０１〜５０６は、一般に、列に沿って配置され、それにより、基板５１１を、各チャンバの送給ロール５０７１〜６および巻取りロール５０８１〜６を介して各チャンバを通して順次処理することができる。一実施形態では、各基板５１１を１つ先のチャンバに移動させるために、基板移送ステップ中に送給ロール５０７１〜６と巻取りロール５０８１〜６を同時に作動させることができる。
【００９５】
上のめっきシステム５００の説明では、基板は実質的に水平姿勢で位置決めされる。しかし、例えば垂直向きや傾斜向きなど他の基板向きを、本発明の実施形態に従って使用することもできる。
【００９６】
図６Ａは、本発明の一実施形態によるめっきチャンバ６００の概略側断面図である。めっきチャンバ６００は、可撓性ベース６０１上に形成されたシード層６０２または導電層の上に金属層を形成するために構成される。図５Ａのめっきチャンバ４００と同様に、可撓性ベース６０１は、部分ごとにめっきチャンバ６００に供給される。各部分を基板とみなすことができる。一般に、各基板は、処理後に可撓性ベース６０１の残りの部分から切断される。
【００９７】
めっきチャンバ６００は、一般に、処理体積６０４を画定するチャンバ本体６０３を備える。処理体積６０４は、処理体積６０４内にめっき溶液を定量供給するために構成された１つまたは複数の噴入口６０５と流体連絡する。また、処理体積６０４は、処理体積６０４からめっき溶液を除去するために構成された排出部６０６と流体連絡する。
【００９８】
めっきチャンバ６００は、可撓性ベース６０１を移動させ、処理するために可撓性ベース６０１の特定の部分を処理体積６０４内で位置決めするために構成された可撓性基板アセンブリ６０８を備える。可撓性基板アセンブリ６０８は、処理体積６０４の上に配設された送給ロール６０９と、処理体積６０４の底部付近に配設された底部ロール６１０と、処理体積６０４の上に配設された巻取りロール６１１とを備える。送給ロール６０９、底部ロール６１０、および巻取りロール６１１はそれぞれ、可撓性ベース６０１の一部分を保定するために構成される。可撓性基板アセンブリ６０８は、処理中に、可撓性ベース６０１の一部分を送給してめっきチャンバ６００内部で位置決めするために構成される。
【００９９】
一実施形態では、少なくとも送給ロール６０９および巻取りロール６１１がアクチュエータに結合される。フィードアクチュエータおよび巻取りアクチュエータを使用して、可撓性ベース６０１に電気化学プロセスを施すことができるように可撓性ベース６０１を位置決めして所望の張力をかける。フィードアクチュエータおよび巻取りアクチュエータは、ＤＣサーボモータ、ステッパモータ、機械的なばねと制動器、または、可撓性基板を所望の位置に位置決めして保持するためにめっきチャンバ６００と共に使用することができる他のデバイスでよい。
【０１００】
また、めっきチャンバ６００は、処理体積６０４内に配設されたアノードアセンブリ６０７を備える。一実施形態では、アノードアセンブリ６０７は、実質的に垂直向きで配設される。一実施形態では、アノードアセンブリ６０７は複数の穴を含むことがあり、これらの穴により、噴入口６０５から流れるめっき浴が、可撓性ベース６０１のめっき表面全体にわたって分散される一様な流れを有することができるようになる。
【０１０１】
アノードアセンブリ６０７は、電気めっき反応中に消耗される材料から形成することもできるが、非消耗材料から形成されることがより好ましい。非消耗電極は、白金またはルテニウム被覆チタンなど、可撓性ベース６０１の上への金属層の形成中にエッチングされない導電性材料から形成することができる。
【０１０２】
一実施形態では、めっきチャンバ６００は、処理中に、シード層６０２の一領域を選択的に露出するように構成されたマスキングプレート６１３を備える。マスキングプレート６１３は、複数のアパーチャ６１４を有し、アパーチャ６１４は、電気化学的に堆積される材料をアパーチャ内に優先的に形成できるようにする。一実施形態では、マスキングプレート６１３は、可撓性太陽電池の受光側のために構成されたパターンを画定することができる。
【０１０３】
一実施形態では、めっきチャンバ６００は、アノードアセンブリ６０７に実質的に平行に、処理体積６０４内に配設されたスラストプレート６１６を備える。スラストプレート６１６は、電気化学堆積プロセス中に、可撓性ベース６０１の一部分をアノードアセンブリ６０７に対して定位置に保持するために構成される。スラストプレート６１６は、可撓性ベース６０１の裏面に位置決めされ、アノードアセンブリ６０７およびマスキングプレート６１３は、可撓性ベース６０１の前面に位置決めされる。
【０１０４】
一実施形態では、スラストプレート６１６は、水平に可動である。移送段階中、スラストプレート６１６は、可撓性ベース６０１から離れるように移動され、マスキングプレート６１３もスラストプレート６１６も可撓性ベース６０１と接触しない。処理前、スラストプレート６１６とマスキングプレート６１３の少なくとも一方が他方に向けて移動され、間に可撓性ベース６０１を挟む。スラストプレート６１６は、可撓性ベース６０１がアノードアセンブリ６０７に実質的に平行となり、アノードアセンブリ６０７から所望の距離となることを保証する。
【０１０５】
一実施形態では、アノードアセンブリ６０７とマスキングプレート６１３の間に電源６１７１が結合されて、めっきプロセスのための電気バイアスを提供する。一実施形態では、マスキングプレート６１３の表面上に複数の電気接点６１５が形成される。電源６１７１は複数の電気接点６１５に結合され、電気接点６１５はその後、マスキングプレート６１３が可撓性ベース６０１に接触するときにシード層６０２に電気バイアスを提供する。複数の電気接点６１５は、互いに離れた別個の導電性接点から形成することができ、これらの導電性接点は、可撓性ベース６０１がマスキングプレート６１３に対して付勢されるときに、マスキングプレート６１３に形成された凹部内に入れ子に配置される。電気接点６１５は、金属、例えば白金、金、もしくはニッケル、または別の導電性材料、例えば黒鉛、銅Ｃｕ、リン銅（ＣｕＰ）、および白金被覆チタン（Ｐｔ／Ｔｉ）から形成することができる。
【０１０６】
別の実施形態では、電源６１７１の代わりに電源６１７２が、アノードアセンブリ６０７とシード層６０２の間に直接結合される。この構成は通常、シード層６０２が各部分（基板）内部で連続的であり、かつ部分ごとに隔離されているときに適用可能である。
【０１０７】
さらに別の実施形態では、電源６１７１の代わりに電源６１７３が、アノードアセンブリ６０７と送給ロール６０９の間に結合され、送給ロール６０９は可撓性ベース６０１と電気接触する。この構成は通常、可撓性ベース６０１が導電性であるときに適用可能である。
【０１０８】
図６Ｂは、本発明の一実施形態によるめっきチャンバ６００ｃの概略側断面図である。めっきチャンバ６００ｃは、可撓性ベース６０１の２つの部分を同時に処理するように構成されることを除いて、図６Ａのめっきチャンバ６００と同様である。この構成は、システムスループットをほぼ倍増させることができる。
【０１０９】
図６Ｃは、図６Ａ〜図６Ｂの１つまたは複数のめっきチャンバを使用するめっきシステム７００を概略的に示す。めっきシステム７００は、上述した方法２５０と同様の方法を使用して電気化学電池またはキャパシタの電極をめっきするために構成される。
【０１１０】
めっきシステム７００は、一般に、一列に配置された複数の処理チャンバを備え、それぞれが、連続する可撓性ベース７１０の一部分の上に形成された基板に対して１つの処理ステップを行うために構成される。
【０１１１】
めっきシステム７００は、可撓性ベース７１０の一部分を予備湿潤するために構成された予備湿潤チャンバ７０１を備える。予備湿潤チャンバ７０１は、上述しためっきチャンバ６００、６００ｃと同様の構造でよく、めっきプロセスに必要なアノードアセンブリ６０７、マスキングプレート６１３、スラストプレート６１６、および電源６１７は備えない。
【０１１２】
めっきシステム７００は、予備湿潤された後に可撓性ベース７１０の該部分に第１のめっきプロセスを行うために構成された第１のめっきチャンバ７０２をさらに備える。第１のめっきチャンバ７０２は、一般に、洗浄予備湿潤ステーションに並べて配設される。一実施形態では、第１のめっきプロセスは、可撓性ベース７１０の該部分に形成されたシード層上に柱状銅層をめっきするプロセスでよい。第１のめっきチャンバ７０２は、上述しためっきチャンバ６００、６００ｃと同様でよい。
【０１１３】
めっきシステム７００は、第１のめっきチャンバ７０２に並べて配設された第２のめっきチャンバ７０３をさらに備える。第２のめっきチャンバ７０３は、第２のめっきプロセスを行うために構成される。一実施形態では、第２のめっきプロセスは、柱状銅層上に銅または合金の多孔質層を形成するプロセスである。第２のめっきチャンバ７０３は、上述しためっきチャンバ６００、６００ｃと同様でよい。
【０１１４】
めっきシステム７００は、第２のめっきチャンバ７０３に並べて配設され、第２のめっきチャンバ７０３によって処理された可撓性ベース７１０の該部分から残留めっき溶液をリンスして除去するために構成されたリンスステーション７０４をさらに備える。リンスステーション７０４は、上述しためっきチャンバ６００、６００ｃと同様の構造でよく、めっきプロセスに必要なアノードアセンブリ６０７、マスキングプレート６１３、スラストプレート６１５、および電源６１７は備えない。
【０１１５】
めっきシステム７００は、リンスステーション７０４に並べて配設された第３のめっきチャンバ７０５をさらに備える。第３のめっきチャンバ７０５は、第３のめっきプロセスを行うために構成される。一実施形態では、第３のめっきプロセスは、多孔質層の上に薄膜を形成するプロセスである。第３のめっきチャンバ７０５は、上述しためっきチャンバ６００、６００ｃと同様でよい。
【０１１６】
めっきシステム７００は、第３のめっきチャンバ７０５に並べて配設され、めっきプロセス後に可撓性ベース７１０の該部分をリンスして乾燥するために構成されたリンス乾燥ステーション７０６をさらに備える。リンス乾燥ステーション７０６は、上述しためっきチャンバ６００、６００ｃと同様の構造でよく、めっきプロセスに必要なアノードアセンブリ６０７、マスキングプレート６１３、スラストプレート６１５、および電源６１７は備えない。一実施形態では、リンス乾燥ステーション７０６は、可撓性ベース７１０がリンス乾燥ステーション７０６から出るときに可撓性ベース７１０に乾燥蒸気を当てるために構成された１つまたは複数の蒸気ジェット７０６ａを備えることができる。
【０１１７】
一般に、処理チャンバ７０１〜７０６は列に沿って配置され、それにより、可撓性ベース７１０の各部分を、各チャンバの送給ロール７０７１〜６および巻取りロール７０８１〜６を介して各チャンバを通して順次処理することができる。一実施形態では、１つ先のチャンバに可撓性ベース７１０の各部分を移動させるために、基板移送ステップ中に送給ロール７０７１〜６と巻取りロール７０８１〜６を同時に作動させることができる。
【０１１８】
図７Ａは、本発明の一実施形態によるめっきチャンバ８００の概略斜視図である。図７Ｂは、めっき位置での図７Ａのめっきチャンバ８００の概略側断面図である。
【０１１９】
めっきチャンバ８００は、一般に、１つまたは複数の基板を実質的に垂直姿勢で処理するためのめっき浴を貯留するために構成された処理体積８０２を画定するチャンバ本体８０１を備える。処理体積８０２は、処理される基板の通過を可能にするように構成された上部開口８０２ａを有する。めっきチャンバは、チャンバ本体８０１の側壁に配設された複数の噴入口８０３を備える。一実施形態では、複数の噴入口８０３を側壁にわたって分布させることができる。処理される基板に向けて湿潤溶液または洗浄溶液を噴霧するために複数の噴入口８０３を使用することもできる。複数の噴入口８０３は、めっき溶液源８０４に接続される。
【０１２０】
一実施形態では、めっきチャンバ８００は、処理体積８０２から処理溶液を除去するために構成された排出部８１２をさらに備える。別の実施形態では、図７Ｂに示されるように、めっきチャンバ８００は、処理体積８０２の上部開口８０２ａから溢出するめっき溶液を貯留するために構成されたキャッチペン８２５を備えることができる。一実施形態では、キャッチペン８２５内に貯留されためっき溶液は、再使用のために、濾過してめっき溶液源８０４に流し戻すことができる。
【０１２１】
めっきチャンバ８００は、実質的に垂直向きで処理体積８０２内に配設されたアノードアセンブリ８０５を備える。一実施形態では、アノードアセンブリ８０５は、保守または交換のために、処理体積８０２から取外し可能にすることができる。一実施形態では、アノードアセンブリ８０５は複数の穴を含むことができ、これらの穴により、噴入口８０３から流れるめっき浴が、処理体積８０２全体にわたって分散される一様な流れを有することができるようになる。
【０１２２】
アノードアセンブリ８０５は、電気めっき反応中に消耗される材料から形成することもできるが、非消耗材料から形成されることがより好ましい。非消耗電極は、白金またはルテニウム被覆チタンなど、めっき中にエッチングされない導電性材料から形成することができる。非消耗アノードの利点として、非消耗であることによる低コストおよび保守性、化学的不活性、優れた合金組合せ、優れたパルス条件が挙げられる。
【０１２３】
めっきチャンバ８００は、図７Ｂに示されるように、１つまたは複数の基板８０８を移送し、１つまたは複数の基板８０８をめっき位置に位置決めするために構成されたカソードアセンブリ８０６をさらに備える。図７Ａに示されるように、カソードアセンブリ８０６は、上部開口８０２ａを通して、処理体積８０２内に下げることができる。
【０１２４】
可撓性基板は、太陽電池セルなど、いくつかのデバイスを製造する際に一般に使用されている。一実施形態では、カソードアセンブリ８０６は、めっきを施すために１つまたは複数の可撓性基板を支持するために構成される。一実施形態では、カソードアセンブリ８０６は、基板８０８に対する構造支持を提供するために構成された裏板８１０を備えることができる。
【０１２５】
上述したように、めっきプロセスは、一般に、基板８０８上に形成されたシード層８０９の上に金属層を形成するために行われる。カソードアセンブリ８０６は、シード層８０９がアノードアセンブリ８０５に面するように基板８０８を支持するために構成される。
【０１２６】
一実施形態では、カソードアセンブリ８０６は、処理中にシード層８０９の一領域を選択的に露出するように構成されたマスキングプレート８０７を備える。マスキングプレート８０７は複数のアパーチャ８０７ａを有し、アパーチャ８０７ａは、電気化学的に堆積される材料をアパーチャ内に優先的に形成することができるようにする。一実施形態では、マスキングプレート８０７は、可撓性太陽電池の受光側のために構成されたパターンを画定することができる。
【０１２７】
一実施形態では、めっきを施すために基板８０８とアノードアセンブリ８０５の間で所望の間隔を実現するために、アノードアセンブリ８０５とカソードアセンブリ８０６を互いに移動させることができる。
【０１２８】
電気めっき用のバイアスをかけるためにアノードアセンブリ８０５と基板８０８の間に電源８１１が結合される。一実施形態では、マスキングプレート８０７の表面上に複数の電気接点８０７ｂが形成される。一実施形態では、電源８１１を、マスキングプレート８０７の電気接点８０７ｂを介して基板８０８に接続することができる。電気接点８０７ｂは、金属、例えば白金、金、もしくはニッケル、または別の導電性材料、例えば黒鉛、銅Ｃｕ、リン銅（ＣｕＰ）、および白金被覆チタン（Ｐｔ／Ｔｉ）から形成することができる。
【０１２９】
カソードアセンブリ８０６は、単一の基板または複数の基板を支持するように構成することができる。図７Ｃは、本発明の一実施形態によるカソードアセンブリ８０６の概略図である。図７Ｃに示されるカソードアセンブリ８０６は、４つの基板８０８を支持するように構成されている。カソードアセンブリ８０６は支持フレーム８１５を備え、支持フレーム８１５に基板８０８を取り付けることができる。
【０１３０】
図８Ａ〜図８Ｂは、本発明の一実施形態によるめっきシステム９００を概略的に示す。めっきシステム９００は、図７Ａのめっきチャンバ８００と同様の構造の複数の処理チャンバを備える。めっきシステム９００は、上述した方法２５０と同様の方法を使用して電気化学電池またはキャパシタの電極をめっきするために構成される。
【０１３１】
一般に、めっきシステム９００は、一列に配置された複数の処理チャンバ９０１、９０２、９０３、９０４、９０５、９０６を備え、それぞれ、基板ホルダ９０７１〜９０７６に固定された基板に１つの処理ステップを施すために構成される。基板ホルダ９０７１〜９０７６は、基板移送メカニズム９１０によって処理チャンバ９０１〜９０６間で移送させることができる。
【０１３２】
一実施形態では、基板ホルダ９０７１〜９０７６は、上述しためっきチャンバ８００のカソードアセンブリ８０６と同様である。
【０１３３】
一実施形態では、処理チャンバ９０１は、中に配設された基板を予備湿潤するために構成された予備湿潤チャンバでよい。
【０１３４】
処理チャンバ９０２は、処理チャンバ９０１内で予備湿潤された後に基板の該部分に第１のめっきプロセスを行うために構成されためっきチャンバでよい。一実施形態では、第１のめっきプロセスは、基板のシード層の上に柱状金属層を形成するために構成することができる。
【０１３５】
処理チャンバ９０３は、処理チャンバ９０２内でのめっきプロセス後に基板の該部分に第２のめっきプロセスを行うために構成されためっきチャンバでよい。第２のめっきプロセスは、柱状金属層の上に多孔質層を形成するために構成することができる。
【０１３６】
処理チャンバ９０４は、処理チャンバ９０３内での第２のめっきプロセス後に基板から残留めっき溶液をリンスして除去するために構成されたリンスチャンバでよい。
【０１３７】
処理チャンバ９０５は、第３のめっきプロセスを行うために構成されためっきチャンバでよい。一実施形態では、第３のめっきプロセスは、多孔質層の上に薄膜を形成するために構成される。
【０１３８】
処理チャンバ９０６は、第３のめっきプロセス後に基板をリンスおよび乾燥させるために構成されたリンス乾燥ステーションでよい。
【０１３９】
図８Ａ〜図８Ｂは、処理中の基板移送シーケンスを示す。図８Ａに示されるように、基板ホルダ９０７６は、蒸気ジェット９０７ａを有する処理チャンバ９０６から乾燥後に取り出すことができ、その一方で、基板移送メカニズム９１０が、各チャンバ内でプロセスが完了した後に処理チャンバ９０１〜９０５内の基板ホルダ９０７１〜９０７５を同時に引き上げるように定位置にある。
【０１４０】
図８Ｂで、基板移送メカニズム９１０は、処理チャンバ９０１〜９０５から基板ホルダ９０７１〜９０７５を引き上げ、列の下流へ次のチャンバに基板ホルダ９０７１〜９０７５を移動させる。処理チャンバ９０１が、新たな基板ホルダ９０７７内に新たな基板が固定されるように準備される。
【０１４１】
基板移送メカニズム９１０は、それぞれ処理チャンバ９０２〜９０６に基板ホルダ９０７１〜９０７５を下げる。処理チャンバ９０１が、基板ホルダ９０７７内に固定された基板を処理する。
【０１４２】
基板移送メカニズム９１０は引き返して、それぞれ処理チャンバ９０１〜９０５内にある基板ホルダ９０７７および９０７１〜９０７４を引き上げる。基板ホルダ９０７５内の基板は、めっきシステム９００から出るように準備される。これらの移動ステップは、順次処理ステップのために繰り返される。
【０１４３】
上では本発明のいくつかの実施形態を対象としたが、本発明の基本的な範囲から逸脱することなく、本発明の他の実施形態およびさらなる実施形態を考え出すことができ、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって決定される。
【図１Ａ】
2012510163.tif 000004
【図１Ｂ】
2012510163.tif 000005
【図２】
2012510163.tif 000006
【図３】
2012510163.tif 000007
【図４】
2012510163.tif 000008
【図５Ａ】
2012510163.tif 000009
【図５Ｂ】
2012510163.tif 000010
【図５Ｃ】
2012510163.tif 000011
【図６Ａ】
2012510163.tif 000012
【図６Ｂ】
2012510163.tif 000013
【図６Ｃ】
2012510163.tif 000014
【図７Ａ】
2012510163.tif 000015
【図７Ｂ】
2012510163.tif 000016
【図７Ｃ】
2012510163.tif 000017
【図８Ａ】
2012510163.tif 000018
【図８Ｂ】
2012510163.tif 000019
【国際調査報告】
2012510163.tif 000020
2012510163.tif 000021