TW201030190A - Apparatus and method for forming 3D nanostructure electrode for electrochemical battery and capacitor - Google Patents

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201030190 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發月之實施例大體上是關於形成電化學電池或電容 器的設備和方法°特別地，树明之實施例是關於形成 具立體㈤)奈米結構電極之電化學電池或電容器的設備 和方法。 φ 【先前技術】 電能一般以兩種根本上不同的方式儲存：（1)以電位 能間接儲存於電池中而做為需氧化及還原活性物種的化 . ㈣、或⑺直接利用形成於電容器極板上的靜電電荷。 、 一般來說，普通的電容器因其尺寸而儲存少量電荷，以 、 致僅儲存少量電能。儲存於傳統電容器的能量通常為非 法拉第（non-Faradic) ’意指電極界面各處未發生電子轉 0 移’且電荷儲存和能量是靜電型態。 為盡力形成有效的電能儲存裝置以儲存足夠電荷而做 為用於可攜式電子設備和電動車之寬光譜的個別功率源 或補助功率源，已製造被稱為電化學電容器的裝置。電 化學電容器為能量儲存裝置，其結合電池的一些高能儲 存潛力和電容器的高能遷移率與高放電能力方面。 此技藝有時把「電化學電容器」稱為超級電容器 (super-capacitor)、電雙層電容器或超高電容量電容器 (ultra-capacitor)。電化學電容器的能量密度比傳統電容 201030190 器向數百倍且功率密度比電池高數千倍。應注意儲存於 電化學電容器的能量可同時為法拉第或非法拉第。 在法拉第電化學電容器與非法拉第電化學電容器中， • 電容與電極和電極材料的特性息息相關。理想地，電極 ' 材料應具導電性且有大表面積。通常，電極材料由多孔 結構組成，以形成大表面積而用於生成靜電荷儲存器的 電雙層而提供非法拉第電容或用於可逆化學氧化還原反 應位置來提供法拉第電容。 電化學電池為將化學能轉換成電能的裝置。電化學電 池一般由電池組組成，該電池組經連接而當作直流源。 一般來說，電池由兩種不同物質（正電極與負電極）和 . 第三物質（電解質）組成。正、負電極傳導電力。電解質 • 在電極上產生化學作用。二電極由外部電路連接，例如 銅線。 電解質當作離子導體，用以於電極間傳輸電子。電壓 • 或電動勢取決於採用物質的化性，但不受電極尺寸或電 解質用量影響。 電化學電池分為乾電池或溼電池。在乾電池中，電解 質被多孔媒介吸收、或被限制流動。在溼電池中，電解 質為液體形式且可自*流動及移動。電池一般還可分成 兩種主要類型：可充電、不可充電或拋棄式。 拋棄式電池亦稱為一次電池，其可使用到產生電流供 應的化學變化完全反應為止’此時即丟棄電池。拋棄式 電池最常用於只間歇使用或遠離替代功率源或具低耗電 201030190 量的小型可攜式裝置。 可充電電池亦稱為二次電池’其在放電後可重複使 用°此達成方式為施加外部電流’造成使用中的化學變 化發生逆反應。供應適當電流的外部裝置稱為充電器或 再充電器。

可充電電池有時稱為儲存電池。儲存電池一般屬於使 用液態電解質的Μ電池類型且可充電多次。儲存電池由 數個串聯電池組成。每一電池含有一些被液態電解質隔 開的交替正極板與負極板。電池的正極板相連構成正電 極，負極板構成負電極。 在充電過程中，各電池依其放電操作而逆向操作。充 電時，電流被迫以與放電時相反的方向通過電池，因而 造成通常在放電期間發生的化學反應逆向進行。充電期 間，電能轉換成儲存化學能。 儲存電池的最大用途在於汽車，其中該儲存電池用於 啟動内燃引擎。電池技術的改良已可產生以電池系統供 應電動馬達功率的車輛。 為使電化學電池或電容器變成更可行的產品，降低製 造電化學電池或電容器的成本及改善形成之電化學電池 或電容器裝置的效率是很重要的。 因此，需要用於形成電化學電池或電容器之電極的方 法和設備，其具備延長的使用壽命、改善的沉積膜性質 和降低的生產成本。 5 201030190 【發明内容】 結構，特別是有關製造可靠又划算：電：；：=: 器之電極結構的設備和方法並 长其具備延長的使用壽命、 較低的生產成本和改善的製程性能。

本發明之-實施例提出一種在大面積基板上電錢金屬 的設備，其包含界定處理體積的腔室主體，其中處理體 積經配置以在其中含有電鍍浴且腔室主體具有上開口、 複數個喷射喷霧器，該等複數個喷射噴霧器經配^以分 配電鍍液而於處理體積内形成電鍍浴，其中複數個噴射 喷霧器開通至腔室主體的侧壁、排放系統經配置以從處 理體積排出電鍍浴、設置於處理體積中的陽極組件，其 中該陽極組件包含以實質垂直位置顯露（emerge)於電鍍 浴的陽極、以及設置於處理體積中的陰極組件，該陰極 組件包含基板處置器’該基板處置器經配置以定位—或 多個大面積基板呈實質垂直位置且實質平行處理體積之 陽極、以及接觸機構，該接觸接構經配置以耦接電偏壓 和一或多個大面積基板。 本發明之另一實施例提出一種基板處理系統，其包含 預澄腔室’該預濕腔室經配置以清潔大面積基板之晶種 層；第一電鍍腔室，該第一電鍍腔室經配置以在大面積 基板之晶種層上形成第一金屬圓柱層；第二電鍍腔室， 該第二電鍍腔室經配置以形成多孔層至圓柱層上；潤洗_ 6 201030190 乾燥腔室，該潤洗-乾燥腔室經配置以清潔及乾燥大面積 基板；以及基板傳送機構，該基板傳送機構經配置以於 腔至間傳送大面積基板，其中第一和第二電鍍腔室各包 含界定處理體積的腔室主體，其中處理體積經配置以在 其中容納電鍍浴且腔室主體具有上開口、排放系統，該 排放系統經配置以從處理體積排出電鍍浴、設於處理體 積中的％極組件，其中陽極組件包含顯露於電錢浴的陽 極、以及設於處理體積的陰極組件，該陰極組件包含基 板處置器’該基板處置器經配置以定位—或多個大面積 基板實質平行處理體積之陽極、以及接觸機構，該接觸 機構經配置以耦接電偏壓和一或多個大面積基板。 【實施方式】 本文所述實施例大體上是關於電極結構，特別是有關 電化學電池或電容器、製造可靠又划算之電化學電池或 電容器之電極結構的設備和方法，其具備延長的使用壽 命、較低的生產成本和改善的製程性能。一實施例提出 -種基板電m其包含第—電鑛腔室，該第一電鑛 腔室經配置以在基板之晶種層上形成圓柱結構；以及第又 -電鑛腔室’該第二電鑛腔室經配置以在圓柱結構上形 成多孔層。-實施例提出—種電链腔室，該電鍵腔室經 配置以電鍍-或多個大面積基板。在一實施例中，電鍍 腔室包含進給輥、底輥和捲取輥，其經配置以定位形成 7 201030190 於處理體積之連續彈性基底的大面積基板、及傳送大面 積基板進出處理體積。在另一實施例中，電鍍腔室包含 基板固持件’其可動地設置於處理體積中且經配置以支 • 托一或多個大面積基板、及傳送一或多個大面積基板進 出處理體積。 為盡力達到高電鍍速率及達成預定電鍍膜性質，期望 藉由縮減擴散邊界層或提高電鍍浴中的金屬離子濃度， ©以提南陰極附近（如晶種層表面）的金屬離子濃度。應注 意擴散邊界層與流體動力邊界層息息相關。若在預定電 鍛速率下的金屬離子濃度太低及/或擴散邊界層太大，將 會達到限制電流（iL)。達到限制電流引發的擴散限制電鍍 製程可施加更大功率（如電壓）至陰極（如金屬化基板表面） . 而避免電鍍速率提高。當限制電流達低密度時，將因氣 體釋出而製造圓柱膜，並因質傳限制製程而造成樹枝狀 型膜生長。 φ 第1A圖為電化學電容器單元100之主動區140的簡化 示意圖，其可由功率源16〇提供動力。電化學電容器單 元100可具任何形狀（如圓形、方形、矩形、多角形）和 • 尺寸。主動區140 —般含有隔膜110、依據本文所述實 ^ 施例形成的多孔電極120、電荷集流板15〇、和電解質 130,該電解質130接觸多孔電極12〇、電荷集流板15〇 與隔膜no。導電電荷集流板150把多孔電極12〇和隔 膜110夾在中間。 電荷集流板150間的電解質130通常做為電化學電容 8 201030190 器單元1GG的電荷貯槽。電解f 13Q可為固體或流體材 料，其具預定電阻和使形成裝置達預定充電或放電性質 的性質。若電解質為流體，則電解質進入電解質材料的 * 孔隙並提供用於電荷儲存的離子電荷载體。流體電解質 v 需要隔膜U0為不導電，以免在任一電荷集流板15〇上 收集的電荷短路。 隔膜110 —般具可滲透性，以容許離子在電極間流動 _ 且為流體可滲透。非導電性可滲透隔離材料的實例為多 孔親水性聚乙烯、聚丙烯、玻璃纖維墊和多孔玻璃紙。 隔膜110由離子交換樹脂材料、聚合材料或多孔無機載 體（inorganic support)組成。例如，三層聚烯烴、具陶瓷 . 粒子的三層聚烯烴、離子全氟磺酸聚合物隔膜，例如取 自 E. L DuPont de Nemeours & Co.的 Nafi〇nTM。其他適 合的隔媒材料包括Gore SelectTM、磺化碳氟聚合物、聚 苯味唾（PBI)隔膜（取自美國德州達拉斯之 • Chemicals}、聚醚醚酮（叩£幻隔膜和其他材料。 多孔電極120 —般含有導電材料，其具大表面積和預 定孔洞分布’以容許電解質130滲透結構。多孔電極12〇 一般需有大表面積，以提供形成雙層及/或讓固體多孔電 -極材料與電解質組成反應的區域，例如擬電容型電容 器。多孔電極120可由各種金屬、塑膠、玻璃材料、石 墨或其他適合材料組成。在一實施例中，多孔電極12〇 由任何導電材料組成’例如金屬、塑膠、石墨、聚合物、 含碳聚合物、複合物或其他適合材料。更特別地，多孔 9 201030190 電極120包含銅、鋁、鋅、鎳、鈷、鈀、鉑錫、釕、 不鏽鋼、鈦、鋰、其合金、和其組合物。 本文所述實射卜|包含各種冑過電極材料的三維 (3D)成長來增加電極表面積的設備和方法。有益地多 孔立體電極所增加的表面積能提高電容並可利用高導電 性立體奈米材料而改善循環、快速充電且具高能量和功 率密度。

在一實施例中’電極材料的三維成長是在大於限制電 流（1L)的電流密度下進行高電鍍速率電鍍製程而實行。在 一實施例中，藉由擴散限制沉積製程並以第一電流密度 形成圓柱金屬層，然後以大於第一電流密度的第二電流 被度進行電極材料的二維成長。所形成之電極結構具備 延長的使用壽命、較低的生產成本和改善的製程性能。 第2Β圖為鋰離子電池單元（battery ceU)158的簡化示 意圖。鋰離子電池為一種電化學電池。使用時，複數個 鋰離子電池單元150可組裝在一起《>鋰離子電池單元15〇 包含陽極151、陰極152、隔離膜153、和接觸陽極151、 陰極152、隔離媒153的電解質154’且電解質154配置 在陽極151與陰極152之間。 陽極151和陰極152均包含讓鋰遷移進出的材料。鋰 進入陽極151或陰極152的過程稱為插入或嵌入。鋰移 出陽極151或陰極152的相反過程稱為萃取或嵌出。當 鋰離子電池單元150放電時，鋰從陽極151萃取出並插 入陰極152。鋰離子電池單元15〇充電時，鋰從陰極i52 10 201030190 萃取出並插入陽極151。 陽極151經配置以儲存鋰離子155。陽極i5i可由含 碳材料或金屬材料組成。陽極151包含氧化物、磷酸鹽、 - 氟罐酸鹽或碎酸鹽。 ' 陰極152可由層狀氧化物組成，例如鋰鈷氧化物、聚 陰離子（如填酸貍鐵）、尖晶石（如鐘猛氧化物）或二硫化欽 (TiS2)。範例氧化物可為層狀鋰鈷氧化物或混合金屬氧化 φ 物’例如 LiNixC〇i-hMn〇2、LiMn2〇4。陽極 151 期有大 表面積。範例磷酸鹽為鐵撖欖型（LiFeP〇4)和其變體（如

LiFel-xMgP04)、LiM〇P04、LiCoP〇4、Li3V2(p〇4)3、 UVOPO4、LiMPA7或LiFh.AO7。範例氟磷酸鹽為 . LiVP〇4F、LiA1P〇4F、Li5V(P〇4)2F2、Li5Cr(P〇4)2F2、

Li2C〇P〇4F、Li2NiP〇4F 或 Na5V2(P〇4)2F3。範例矽酸鹽為

Li2FeSi04、Li2MnSi04 或 Li2V0Si04。 隔離膜153經配置以供應離子通道而用於陽極i5i與 • 陰極152間的移動，同時保持陽極151與陰極152完全 隔離以免短路。隔離膜153可為固體聚合物，例如聚環 氧乙烷（PEO) » 電解質1 5 4 —般為鐘鹽溶液，例如溶於有機溶劑的 • LiPF6、LiBF4 或 LiCl〇4。 鋰離子電池單元150放電時，鋰離子155從陽極151 移動到陰極152而提供電流來啟動連接陽極151和陰極 152的負載156。鋰離子電池單元158耗盡能量時，充電 器157連接陽極151和陰極丨52而提供電流來驅使鋰離 11 201030190 子155移向陽極151。由於鋰離子電池單元150儲存的 能量大小取決於陽極151儲存的链離子155含量，故期 陽極151盡可能有大表面積。本發明之下述實施例提出 -用於製造表面積增加之電極的方法和設備。 . 第2圖為根據本文所述實施例之製程200的流程圖， 其用以形成根據本文所述實施例之電極。第3圖為根據 本文所述實施例形成之陽極的截面圖。製程2〇〇包括處 理步驟2〇2_212，其中電極形成在基板22〇上。製程2〇〇 可根據本文所述實施例之系統來實行。 第一處理步驟202包括提供基板22〇β基板22〇包含 選自由銅、鋁、鎳、辞、錫、彈性材料、不鏽鋼和其組 . 合物組成群組之材料。彈性基板可由聚合材料構成，例 如聚醯亞胺（如DuPont公司製造的kapt〇ntm)、聚乙烯 對苯二甲酯（PET)、聚丙烯酸酯、聚碳酸酯、聚矽氧、環 氧樹脂、聚矽氧官能化環氧樹脂、聚酯（如E〗DuP〇nt de ❹ Neme〇urS & Co.製造的 MYLAR，、Kanegaftigi 化學工 業公司製造的APICAL AV、UBE工業有限公司製造的 UPILEX、Sumitomo製造的聚醚颯（PES)、聚醚醯亞胺（如 • 通用電子公司製造的ULTEM)、和聚萘二甲酸乙二酷 . (PEN)。在一些例子中，基板由金屬箔構成，例如其上具 絕緣塗層的不鏽鋼。或者，彈性基板可由相當薄的玻璃 構成，該玻璃以聚合塗層強化。 第二處理步驟204包括選擇性沉積阻障層至基板上。 阻障層222乃沉積來避免或抑制後續沉積在阻障層上的 12 201030190 材料擴散進入底下基板。阻障層材料實例包括耐火金屬 和耐火金屬氮化物，例如钽（Ta)、氮化鈕（TaNx)、鈦（Ti)、 氮化鈦（TiNx)、鎢（W)、氮化鎢（WNx)和其組合物。其他 . 阻障層材料實例包括填充氮的物理氣相沉積（PVD)鈦、摻 . 雜矽、鋁、氧化鋁、氮化鈦矽、氮化鎢矽和其組合物。 範例阻障層和阻障層沉積技術進一步描述於美國專利申 請案公開號2003ΛΗ43837、名稱「沉積催化晶種層的方 ❹ 法（Method Depositing A Catalytic SeedLayer)」、西元 2002年1月28曰申請之申請案，其一併引用於此而不 與本文所述實施例相悖。 阻障層可以化學氣相沉積（CVD)、PVd、無電沉積技 * 術蒸鑛或分子束蟲晶〉儿積而得。阻障層亦可為個別咬 依序以相同或結合技術沉積的多層膜。 第三處理步驟206包括選擇性沉積晶種層224至基板 220上。晶種層224包含導電金屬，其協助後續材料沉 Φ 積於上。晶種層224較佳包含銅晶種層或其合金。其他 金屬，尤其是貴金屬’也可當作晶種層。可利用此技藝 熟知之技術來沉積晶種層224至阻障層上，包括物理氣 " 相沉積技術、化學氣相沉積技術、蒸鍍和無電沉積技術。 - 第四處理步驟208包括形成圓柱金屬層226至晶種層 224上。圓柱金屬層226的形成包括建立製程條件，在 此條件下’氫氣釋出而形成多孔金屬膜。圓柱金屬層226 的形成一般發生在使用適合電鍍液的電鍍腔室。適合用 於本文所述製程來電鍍銅的電鍍液包括至少一鋼源化合 13 201030190 勿、至少—酸底（acidbased)電解質及選擇性包括添加劑。 I、電鍍液含有經多種配位子的至少其一錯合或螯合的至 少-銅源化合物。相較於配位子(如水)限制非常微弱的 自由銅離子(若有），錯合銅包括以銅原子為核心且被強 力限制銅的配位子、官餡其、八上+ 于&颭基、分子或離子包圍。錯合銅

源可在加到電鍍液前螯合而得（如檸檬酸鋼）、或結合自 由銅離子源（如硫酸銅）和錯合劑（如檸檬酸或檸檬酸鈉） 而原位形成。在與配位子錯合之前、期間或之後，銅原 子可呈任何氧化態，例如0、丨或2。因此，全文提及使 用銅或元素符號Cu包括使用金屬銅（Cu〇)、二價銅（Cu+1) 或一價銅（Cu+2)，除非本文另行指明。 適合的銅源化合物實例包括硫酸銅、磷酸鋼、硕酸銅、 檸檬酸銅、酒石酸銅、草酸銅、乙二胺四乙酸（EDTA)銅、 乙酸銅、焦磷酸銅和其組合物，較佳為硫酸銅及/或檸檬 酸銅。特殊的銅源化合物具有配位品種。例如，擰檬酸 銅可包括至少一個二價銅、一價銅或其組合物、和至少 一個檸檬酸配位子’且包括Cu(C6H707)、Cu2(C6H407)、 Cu3(C6H5〇7)或 Cu(C6H707)2。在另一實例中，EDTA 銅可 包括至少一個二價銅、一價銅或其組合物、和至少一個 EDTA 配位子’且包括 Cu(C1()H15〇8N2)、 CU2(Ci〇Hi4〇8N2)、CU3(Ci〇Hi3〇8N2)、CU4(Ci〇H12〇8N2)、 Ci^C^oHnOsNz)或 Ci^CioHuOsA)。電链液可包括一或 多種銅源化合物或錯合金屬化合物，其濃度範圍為約 0.02M至約0.8M，較佳約0.1M至約0. 5M。例如，可使 14 201030190 用約0.25M的硫峻叙 %辦做為銅源化合物。 適合的錫源實例兔w β …了〉谷的錫化合物。可溶的錫化合物 可為四價錫或二價鈒脇 ^ 鹽。四價錫或二價錫鹽可為硫酸 鹽、烷烴磺酸鹽或拎龄1 弋碗醇磺酸鹽。例如，浴可溶（bath soluble)錫化合物兔 ^ ^ 切為一或多種依下列化學式表示的烷烴 磺酸亞錫： (RS〇3)2Sn ❹ 其中R為包括1_12個碳原子的烧基。貌烴續酸亞錫可 為依下列化學式表示的甲基磺酸亞錫： ° 〇

II II ~S~ 〇 - Sn - O -S~CH3

II II * 〇 ο • 浴可溶錫化合物亦可為依下列化學式表示的硫酸錫：

SnS04 可溶的錫化合物實例還包括有機磺酸（如甲基磺酸、乙 15 1 基磺酸、2_丙醇磺酸、對苯酚磺酸等）的錫（II)鹽、氟硼 酸錫（Π)、磺琥珀酸錫（11)、硫酸錫（11)、氧化錫（11)、氣 化錫（II)等。這些可溶的錫（11)化合物可單獨或結合兩種 •以上使用。 - 適合的鈷源實例包括鈷鹽’其選自硫酸鈷、硝酸鈷、 氣化銘、漠化銘、碳酸鈷、乙酸钻、乙二胺四乙酸始、 乙醯丙酮酸鈷（II)、乙醯丙酮酸鈷（111)、甘胺酸鈷（111)和 焦雄酸錄或其組合物。 在一實施例中，電鍍液含有自由銅離子代替銅源化合 201030190 物和錯合銅離子。 電锻液含有至少一或多種酸底（acid based)電解質。適 口的酸底電解質系統例如包括硫酸底電解質、磷酸底電 解質、過氣酸底電解質、乙酸底電解質和其組合物。適 合的酸底電解質系統包括酸電解質（如磷酸與硫酸）和酸 電解質衍生物（包括其銨鹽與鉀鹽）。酸底電解質系統亦 可緩衝組成而維持預定酸鹼值（pH)來處理基板。 視情況而定’電鍍液含有一或多種螯合或錯合化合 物，且包括具一或多個選自由羧基、羥基、烷氧基、酮 酸（OXO acid)基、經基與羧基之混合物、和其組合物組成 群組之官能基的化合物。具一或多個羧基的適合螯合化 合物實例包括檸檬酸、酒石酸、焦磷酸、琥珀酸、草酸 和其組合物。其他具一或多個羧基的適合酸包括乙酸、 己二酸、丁酸、癸酸、已酸、辛酸、戊二酸、乙醇酸、 甲酸、反丁稀二酸、乳酸、十二酸、羥基丁二酸、順丁 烯二酸、丙二酸、十四酸、十六酸、鄰苯二甲酸、丙酸、 丙酮酸、十八酸、戊酸、甲基喹啉酸、甘胺酸、鄰胺苯 甲酸、苯丙胺酸和其組合物。其他適合的螯合化合物實 例包括具一或多個胺基與醯胺基的化合物，例如乙二 胺、二伸乙三胺、二伸乙三胺衍生物、己二胺、胺基酸、 乙一胺四乙酸、甲基甲醯胺或其組合物。電鑛液可包括 或多種螯合劑，其濃度範圍為約〇 〇2M至約i 6M，較 佳約0.2M至約1.0M。例如，約〇 5M的擰檬酸可做為螯 16 201030190 一或多種螯合化合物尚可包括本文所述之螯合化合物 的鹽類，例如裡、鈉、钟、m録和其組合物。 螯合化合物的鹽類可全部或部分包含上述陽離子（如鈉） • 和酸性質子’例如Nax(C6H8-x〇7)或NaxEDTA，其中 X=1_4。此鹽類結合銅源可生成NaCu(C6H507)。適合的 無機或有機酸鹽實例包括銨鹽與鉀鹽或有機酸，例如草 酸銨、檸檬酸銨、琥珀酸銨、檸檬酸一鉀（m〇n〇basie potassium citrate)、擰檬酸二鉀（dibasic p〇tassium ® citrate)、摔檬酸二鉀（tribasic potassium citrate)、酒石酸 鉀、酒石酸銨、琥珀酸鉀、草酸鉀和其組合物。一或多 種螯合化合物還可包括錯合鹽類’例如氫氧化物（如二水 合檸檬酸鈉（sodium citrate dihydrate))。 儘管電鑛液特別適用於電鍍銅’然咸信此溶液也可用 於沉積其他導電材料，例如銘、鶴、欽、钻、金、銀、 釕、錫、其合金、和其組合物。銅前驅物以含前述金屬 φ 與至少一配位子的前驅物取代’例如檸檬酸鈷、硫酸鈷 或墙酸始。 視情況而定’潤溼劑或抑制劑（如降低電鑛液導電度的 .電阻添加劑）可加到溶液中，其添加量範圍為約〗〇ppm至 約2000ppm，較佳約50ppm至約1 OOOppm。抑制劑包括 聚丙烯醯胺、聚丙烯酸聚合物、聚羧酸共聚物、聚醚、 或環氧乙烷及/或環氧丙烷（EO/PO)之聚醚、椰子油酸二 乙醇酿胺（coconut diethanolamide)、油酸二乙醇醯胺 (oleic diethanolamide)、乙醇酿胺衍生物或其組合物。 17 201030190 種PH調節劑選擇性加到電鐘液，使pH小於7, 至約7,更佳為約4_5至約6_5，調節劑的 隨者不同配方的其他成分濃度變化而改變 a

^度而言，不同化合物可提供不同阳值，例如組^ 匕括約體積％至約10體積％的驗（如氫氧化钟、氣氧 ^銨或其組合物），以提供預定pH值或多種pH調 節劑可選自各種酸，包括羧酸(如乙酸、擰檬酸、草酸)、 含磷酸鹽化合物(包括磷酸、磷酸銨、磷酸鉀)、無機酸(如 硫酸、硝酸、氫氣酸）、和其組合物。 本文所述之電鍍液的其餘或剩餘部分為溶劑，例如極 性溶劑。水為較佳溶劑，且最好是去離子水。也可使用 有機溶劑（如醇或乙二醇），但通常内含在水溶液中。 視情況而定，電鍍液包括一或多種添加化合物。添加 化合物包括電解質添加劑（其包括抑制劑、增進劑、平 整劑（leveler)、亮光劑和穩定劑，但不以此為限），藉以 改善用於沉積金屬（即銅）至基板表面的電鍵液效力。例 如’某些添加劑可降低金屬原子的離子化速率，進而抑 制溶解製程，其他添加劑則可提供細緻、閃亮的基板表 面。電鍍液中的添加劑濃度高達15重量％或15體積％， 且可根據預定電鍍結果改變。 在一實施例中，電鍍液包括至少一銅源化合物、至少 一酸底電解質和至少一添加劑’例如養合劑。在一實施 例中，至少一銅源化合物包括硫酸銅，至少一酸底電解 質包括硫酸’螯合化合物包括檸檬睃鹽。 18 201030190 圓柱金屬層226利用高電鍵速率沉積製程形成。沉積 偏壓的太電流密度乃經選擇以使電流密度大於限制電流 (L)田達到限制電流時，氫氣將釋出而形成圓枉金屬 ‘ Μ並因質傳限制製程而造成樹枝狀型膜生長。圓柱金 • 屬層形成期間，沉積偏壓的電流密度通常為約10安培/ 平方公分(A’cm2)或以下，較佳約5心咖2或以下，更佳 約3A/Cm2或以下。在—實施例中，沉積偏壓的電流密度 φ 範圍為約〇,5A/cm2至約3.〇A/cm2，例如約2.0A/cm2。 第五處理步驟21〇包括形成多孔結構228至圓柱金屬 層226上。藉由提高電壓和對應沉積圓柱金屬層的電流 密度，可在圓柱金屬層226上形成多孔結構228。沉積 偏壓的電流密度通常為約1〇A/cm2或以下，較佳約 - 5A/cm或以下，更佳約3A/cm2或以下。在一實施例中， 沉積偏壓的電流密度為約〇.5A/cm2至約3 〇A/cm2,例如 約 2.0A/cm2。 _ 在實施例中，多孔結構228包含一或多個不同孔隙 度。在一實施例中，多孔結構228包含具約100微米或 以下之孔隙的大孔隙度結構，其中大孔隙度結構的非多 -孔部分具有直徑約2奈米（nm)至約5〇nm的孔隙（中孔隙 .度）。在另一實施例中，多孔結構228包含具約3〇微米 之孔隙的大孔隙度結構。此外，多孔結構228的表面可 包含奈米結構。結合大孔隙度、中孔隙度和奈米結構可 大幅增加多孔結構408的表面積。 在一實施例中，多孔結構228由單一材料組成，例如 19 201030190 銅、鋅、鎳、鈷、鈀、鉑、錫、釕和其他適合材料。在 另一實施例中，多孔結構228包含銅、鋅、鎳、鈷、鈀、 銘、錫、釕的合金或其他適合材料。 視情況而定’如第3F圖所示，進行第六處理步驟212, 以在多孔結構228上形成鈍化層23〇。鈍化層23〇可以 電化學電鍍製程形成^鈍化層23〇對待形成電提供高電 容量和長循環壽命。在一實施例中，多孔結構228包含 銅與錫合金，鈍化層230包含錫膜。在另一實施例中， 多孔結構228包含鈷與錫合金。在一實施例中，藉由把 基板220顯露於一新電鍍浴中而形成鈍化層23〇，該新 電鍍洛係經配置以在一潤洗步驟之後電鍍鈍化層23〇。 本發明之實施例提出用於連續進行製程2〇〇之步驟 208、210、2 12的處理系統。第4圖為根據本文所述實 施例形成多孔電極之方法250的流程圖。方法25〇的各 方塊通常是在個別處理腔室中進行。待處理基板一般設 計成流線化從一腔室送到下一腔室，以完成製程。 在方塊252中，將利用PVD製程或蒸鍛製程沉積晶種 層的基板放到預溼腔室，以在電鍍之前移除氧化物、碳 或其他污染物。相較於PVD製程，蒸鍍製程的成本通常 較低。 在方塊254中，把預溼之基板顯露於第一電鍍腔室的 電鍍浴，以形成圓柱金屬層。 在方塊256中，移出第一電鍍腔室中具圓柱金屬層形 成其上的基板，並把基板顯露於第二電鍍腔室的電鍍 20 201030190 浴’以在圓柱金屬層上形成多孔層。 在一實施例中，圓柱金屬層4 ♦ ’增和多孔層可包含相同金 屬’例如銅，第一和第二電鑛 题腔至中的電鍍浴化性可相 仿或相容。在另一實施例中，炙h 多孔層包含錫與銅合金。 在又一實施例中，多孔層包含鉦 y結與錫合金。在另一實施 例中’多孔層包含銘、錫和鋼。 在方塊258中’在潤洗腔室中 、，必„入， 王甲潤洗基板，以移除任何

殘餘在基板上的電鑛浴。 在方塊260中，把基板顯露於第三電鑛腔室中的電錄 浴，以形成鈍化薄媒。在-實施例中，鈍化薄膜包含錫 薄膜。 在方塊262中，在潤洗-乾燥腔室中潤洗及乾燥基板， 以供後續處理之用。 第5-8圖描繪經配置以利用方法25〇來形成電化學電 池或電容器之電極的腔室和系統。 第5 A圖為根據本發明一實施例之電鍍腔室4〇〇的截面 側視圖。電鍍腔室400處於電鍍位置。第5B圖為電鍵腔 室400處於基板傳送位置的截面側視圖。 電鍍腔室400經配置以在晶種層305或導電層上（該經 種層305或該導電層形成在彈性基底30丨上）形成金屬層 306。在一實施例中’彈性基底301 —部分一部分地供應 至電鍍腔室400。每一部分可視為一基板。各基板一般 於,處理後切割彈性基底301的剩餘部分而得。 在一實施例中，電鍍腔室400經配置以沉積金屬層3〇6 21 201030190 並利用遮板410而選擇性覆蓋晶種層3〇5的預定區域。 遮板410具有複數個穿孔413，其優先讓電化學沉積材 料形成於内。在一實施例中，遮板41〇界定用於彈性太 . 陽能電池之光接收側的圖案。 . 電鑛腔室400 一般包含頭組件405、彈性基板組件、 電極420、電源供應器45〇、系統控制器251和鍍槽組件 430 ° φ 鍛槽組件430 一般包含界定電鍍區435與電解質收集 區436的槽主體431。操作時，通常希望利用幫浦440 將電解質收集區436的電解質”A”抽吸通過氣室437 (其 形成於電極420與支撐特徵結構434間）、經過形成於遮 板410中的穿孔413，接著流過隔開電鍍區435的堰432 而至電解質收集區436。 在一實施例中’電極420支撐在槽主體431的一或多 個支撐特徵結構434上。在一實施例中，電極42〇包含 • 複數個孔洞42卜其容許電解質”A”從氣室437流到電鍍 區435,進而具有一均勻流動分布整個遮板41〇並接觸 彈性基底301的至少一表面。幫浦44〇造成的流動允許 在露出穿孔413 —端的暴露區4〇4處補充電解質組成。 420 "J由電鍍反應期間可消耗的材料組成，但較 佳疋由非消耗性材料組成。非消耗性電極可由導電材料 組成，其在形成金屬層3〇6時不會被蝕刻，例如塗覆鈦 的鉑或旬"。 頭、《Μ牛405般包含推力板414和遮板410，其適於 22 201030190 在電化學沉積製程期間將部分彈性基底3〇1支托在相對 電極420的位置。在一態樣中’機械致動器用來推 動推力板414和彈性基底3〇1抵靠著形成在遮板41〇頂 表面418的電觸點412，因而可在形成於彈性基底3〇1 表面上的晶種層305和電源供應器45〇之間經由引線451 形成電氣連接》 在一實施例中，如第5A圖所示，電觸點412形成於遮 板410的表面。在另—實施例中，電觸點412由單獨且 分離的導電觸點構成，當彈性基底301被推動靠著遮板 410時，該等導電觸點嵌套在遮板41〇的凹部内。電觸 點412可由金屬組成，例如鉑、金或鎳、或其他導電材 料’例如石墨、銅（Cu)、碟摻雜銅（CuP)和塗覆鈦的鉑 (Pt/Ti) 〇 彈性基板組件460包含耦接至進給致動器的進給輥 461和耦接至捲取致動器的捲取輕462。在處理其間，彈 性基板組件460經配置以進給、定位電鑛腔室400内的 部分彈性基底3 01。 在一態樣中’進給輥461包含其上已形成晶種層305 的一些彈性基底301。捲取輥462包含形成金屬層306 後的一些彈性基底301。進給致動器和捲取致動器用來 定位及施加預定張力至彈性基底301，如此可於其上進 行電化學製程。進給致動器和捲取致動器可為直流（DC) 伺服馬達、步進馬達、機械彈簧與煞車、或其他用來定 位及支托彈性基板於電鍍腔室400之預定位置的裝置。 23 201030190 第5B圖為一截面侧視圖，其繪示電鍍腔室400處於傳 送位置’藉以將彈性基底3〇1 (含晶種層3〇5)的預定部 分定位至相對遮板410和電極420的預定位置，如此金 . 屬層306將形成其上。在一態樣中，各種傳統編碼器或 - 其他裝置配合進給致動器及/或捲取致動器使用，以控制 及定位頭組件405内之彈性基底301 (含晶種層3〇5)的 預定部分。 φ 第5C圖繪示電鍍系統5〇〇 ’其經配置以利用類似上述 方法250的方法來電鍍電化學電池或電容器的電極。 電鍍系統500 —般包含複數個排成一直線的處理腔 室，各自配置以對形成在部分連續彈性基底上的基板511 . 進行處理步驟。 電鍍系統500包含預溼腔室501，其經配置以預先溼 潤部分彈性基底上的基板5U。預溼腔室501類似第5A 圖電鍍腔室400的結構，但沒有電鍍製程所需的電極 籲 420、遮板410和電源供應器450。 電鑛系統500更包含第一電鍍腔室5〇2，其經配置以 對經預先溼潤後的基板511進行第一電鍍製程。第一電 * 鍍腔室502 —般設置在清潔預溼站旁。在一實施例中， .第—電鍍製程乃電鍍圓柱銅層至形成在基板511上的晶 種層上。第一電鍍腔室502類似上述第4A圖的電鍍腔室 4〇〇 〇 電鑛系統500更包含設置在第一電鍵腔室5〇2旁的第 一電鍍腔室503 »第二電鍍腔室503經配置以進行第二 24 201030190 電鍍製程。在一實施例中，第二電鍍製程在圓柱銅層上 形成多孔銅或合金層。第二電鍍腔室5〇3類似上述第4Α 圖的電鍍腔室400。 電鍍系統5〇〇更包含潤洗站504，其設置在第二電鍍 腔室5们旁且經配置以潤洗及移除任何殘餘在基板5ΐι 的電鍍液。潤洗站504類似第5Α圖之電鍍腔室4〇〇的結 構，但沒有電鍍製程所需的電極42〇、遮板41〇和電源 供應器450。 ❿ 電鍍系統500更包含設置在潤洗站504旁的第三電鍍 腔室505。第三電鑛腔室505經配置以進行第三電鑛製 程。在一實施例中’第三電鍍製程乃形成薄膜至多孔層 上。第三電鍍腔室5 05類似上述第4Α圖的電鍍腔室400。 電鑛系統500更包含潤洗-乾燥站506，其設置在第三 電鍵腔室505旁且經配置以在電鍍製程後潤洗及乾燥基 板5 11，並取得備好用於後績處理的基板5丨丨。潤洗-乾 φ 燥站506類似第5Α圖之電鍍腔室400的結構，但沒有電 鑛製程所需的電極420、遮板410和電源供應器450。在 實施例中’濶洗-乾燥站5 0 6包含一或多個蒸氣喷口 . 506a ’其經配置以當基板5 11離開潤洗-乾燥站506時， 把乾燥蒸氣導向基板511。 處理腔室501-506通常沿著直線排列，如此基板511 可利用各腔室的進給輥507^和捲取輥508^流線化通 過各腔室。在一實施例中，基板傳送步驟期間，可同時 啟動進給輥507^和捲取輥508^6’以將各基板511向前 25 201030190 移動一個腔室。 基板定位於上述電鍍系統500的實質水平位置。然根 據本發明之實施例，也可採取其他基板位向，例如垂直 . 或傾斜。 . 第6A圖為根據本發明一實施例之電艘腔室600的截面 側視圖。電鍍腔室600經配置以在晶種層602或導電層 上（該晶種層602或該導電層形成在彈性基底601上） 馨 形成金屬層。類似第5A圖電鍍腔室400，彈性基底6〇1 一部分一部分地供應電鍍腔室600。每一部分可視為一 基板。各基板一般於處理後切割彈性基底6〇1的剩餘部 分而得。 • 電鍍腔室600 一般包含界定處理體積604的腔室主體 603。處理體積604與一或多個進入喷口 6〇5流體連通， 該一或多個進入喷口 ό〇5經配置以在處理體積6〇4中分 配電鍍液。處理體積604亦與排洩口 606流體連通，該 • 排洩口 606經配置以自處理體積6〇4移除電鍍液。 電鍍腔室600包含彈性基板組件6〇8，其經配置以移 動彈性基底601且在處理體積6〇4中定位彈性基底6〇1 ，的特殊部分以供處理。彈性基板組件6〇8包含設置在處 理體積604上方的進給輥6〇9、設置在處理體積6〇4底 部附近的底輥610、設置在處理體積6〇4上方的捲取輥 611。配置各進給輥609、底輥61〇和捲取輥6ιι以容納 部分彈性基底601。在處理其間，彈性基板組件6〇8經 配置以進給、定位電鍍腔室6〇〇内的部分彈性基底 301。 26 201030190 在一實施例中，至少進給輥609和捲取輥611是耦接 至一致動器。進給致動器和捲取致動器用來定位及施加 預疋張力至彈性基底601，如此可於其上進行電化學製 程。進給致動器和捲取致動器可為DC伺服馬達、步進 馬達、機械彈簧與煞車、或其他用來定位及支托彈性基 板於電鍍腔室600之預定位置的裝置。 電鍍腔室600還包含設置於處理體積6〇4中的陽極組 件607。在一實施例中，陽極組件6〇7設置成實質垂直 位向。在一實施例中，陽極組件6〇7包含複數個孔洞， 其容許電鍍液從進入噴口 605流過而具有一均勻流動分 布整個彈性基底60 1的電鍍表面。 陽極組件607可由電鍍反應期間可消耗的材料組成， 但較佳是由非消耗性材料組成。非消耗性電極可由導電 材料組成，其在形成金屬層至彈性基底6〇1上時不會被 蝕刻，例如鉑或塗覆鈦的舒。 在一實施例中，電鍍腔室6〇〇包含遮板613 ,其經配 置以於處理時選擇性露出晶種層6〇2的區域。遮板613 没有複數個穿孔614,其優先讓電化學沉積材料形成於 内。在-實施例中，遮板613界定用於彈性太陽能電池 之光接收側的圖案。 在一實施例中，電鍍腔室6〇〇包含推力板616，該推 力板6丨6設置於處理體積6〇4且實質平行陽極組件6〇7。 推力板6 1 6經配置以在電化學沉積製程期間將部分彈性 基底6〇1支托在相對陽極組件6〇7的位置。推力板616 27 201030190 設置在彈性基底601的背側，陽極組件607和遮板613 設置在彈性基底60 1的前側。 在一實施例中，推力板616可水平移動。在傳送階段， 推力板616移動遠離彈性基底601，且遮板613和推力 板616皆不接觸彈性基底601。處理前，推力板616和 遮板613的至少其一朝向另一者移動以將彈性基底6〇1 夾在其間。推力板616可確保彈性基底6〇1實質平行陽 極組件007並與陽極組件607相隔預定距離。 在一實施例中’功率源61 耦接至陽極組件607與遮 板613之間，以提供電鍍製程電偏壓。在一實施例中， 複數個電觸點615形成於遮板613的表面。功率源61乃 耦接至複數個電觸點615,當遮板613接觸彈性基底6〇1 時，該等複數個電處點615接著提供電偏壓至晶種層 602。複數個電觸點615可由單獨且分離的導電觸點構 成，當彈性基底601被推動而抵靠遮板613時，該等導 電觸點嵌套在遮板613的凹部内。電觸點615可由金屬 組成，例如鉑、金或鎳、或其他導電材料，例如石墨、 銅（Cu)麟摻雜銅（CuP)和塗覆欽的鈾。 在另一實施例中，功率源61乃代替功率源617ι耦接至 陽極組件607與晶種㉟6〇2之間。&配置通常應用於當 各0卩刀（基板）之晶種層6〇2為連續且各部分彼此隔開的 情況。 a在又實施例中，功率源6173代替功率源617l耦接至 陽和、·且件607與進給輥6〇9之間，該功率源6丨7 3與彈性 28 201030190 基底601電氣接觸。此配置通常應用於當彈性基底6〇1 為導電的情況。 第6B圖為根據本發明—實施例之電鑛腔室6〇〇c的截 • 面側視圖。電鍍腔室600c類似第6A圖電鍍腔室6〇〇， 除了電鍍腔室6〇〇c經配置以同時處理彈性基底601的兩 個部分。此配置可獲得近兩倍的系統產量。 第6C圖緣示使用第6A-6B圖之一或多個電鍵腔室的 參 電鑛系統70〇。電鍍系統700配置以利用類似上述方法 25 0來電鍍電化學電池或電容器的電極。 電鑛系統700 —般包含複數個排成一直線的處理腔 室’各自經配置以對形成在部分連續彈性基底710上的 . 基板進行處理步驟。 電鍍系統700包含預溼腔室701，其經配置以預先溼 满部分彈性基底710。預溼腔室701類似上述電鍍腔室 600、600c的結構，但沒有電鍍製程所需的陽極組件 φ 607、遮板61 3、推力板616和功率源617。 電鐘系統700更包含第一電鍍腔室702，其經配置以 對預先渔潤後的部分彈性基底710進行第一電鍍製程。 第一電鑛腔室702 —般設置在清潔預溼站旁。在一實施 • 例中’第一電鍍製程將圓柱銅層電鍍至形成在部分彈性 基底710上的晶種層上。第一電鍍腔室702類似上述電 鍍腔室600、600C。 電鍍系統700更包含設置在第一電鍍腔室702旁的第 二電鍍腔室703。第二電鍍腔室703經配置以進行第二 29 201030190 電鍍製程。在一實施例中，第二電鍍製程乃形成多孔銅 或合金層至圓柱銅層上。第二電鑛腔室7〇3類似上述電 鍍腔室600、600c。 • 電锻系統700更包含潤洗站704，其設置在第二電鍍 • 腔室703旁且經配置以潤洗及移除任何殘餘在經第二電 鍍腔室703處理之部分彈性基底71〇的電鍍液。潤洗站 704類似上述電鍍腔室6〇〇、60〇c的結構，但沒有電鍍 ❹ 製程所需的陽極組件607、遮板613、推力板615和功率 源 617。 電鐘系統700更包含設置在潤洗站7〇4旁的第三電錄 .腔室705。第三電鍍腔室705經配置以進行第三電鍍製 • 程。在一實施例中，第三電鍍製程乃形成薄膜至多孔層 , 上。第三電鍍腔室705類似上述電鍍腔室6〇〇、60〇c。 電鍵系統700更包含潤洗-乾燥站706，其設置在第三 電鍍腔室705旁且經配置以在電鍍製程後潤洗及乾燥部 • 分彈性基底710。潤洗-乾燥站706類似上述電鍍腔室 600、600c的結構，但沒有電鍍製程所需的陽極組件 607、遮板613、推力板615和功率源617。在一實施例 中，潤洗-乾燥站706包含一或多個蒸氣喷口 7〇6a，其經 配置以當彈性基底710離開潤洗·乾燥站7〇6時，把乾燥 蒸氣導向彈性基底710 ^ 處理腔室701-706通常沿著直線排列，如此部分彈性 基底710可利用各腔室的進給輥7〇7ι 6和捲取輥7〇8 流線化通過各腔室。在一實施例中，基板傳送步驟期間， 30 201030190 可同時啟動進給輥70乃6和捲取輥708ι 6，以將彈性基底 710的每一部分向前移動一個腔室。 第7A圖為根據本發明一實施例之電鍍腔室800的透視 圖。第7B圖為第7A圖電鍍腔室800處於電鍍位置的截 面侧視圖。 電鐘腔室8〇〇 —般包含界定處理體積802的腔室主體 801，該處理體積802經配置以容納電鍍浴來處理一或多 個呈實質垂直位置的基板。處理體積802具有頂部開口 802a，其經配置以容許待處理基板通過。電鍍腔室包含 設置於腔室主體801之側壁上的複數個進入喷口 803。 在一實施例中，複數個進入喷口 803分布在側壁各處。 複數個進入噴口 803也可用來朝待處理基板喷灑溼潤液 或清潔液。複數個進入喷口 8〇3連接電鍍液源804。 在一實施例中，電鍍腔室800更包含排洩口 812，其 經配置以移除處理體積802内的處理溶液。在另一實施 例中’如第7B圖所示，電鍍腔室800包含捕獲圍欄（catch pen)825，其經配置以容納從處理體積802頂部開口 802a 溢流的電鍍液。在一實施例中，捕獲圍攔825内的電鍍 液經過濾並流回到電鍍液源804以供再利用。 電鍍腔室800包含設置於處理體積802中且呈實質垂 直位向的陽極組件805 »在一實施例中，可從處理體積 802移開陽極組件805以進行維修或更換。在一實施例 中’陽極組件805包含複數個孔洞，其容許電鍍液從進 入喷口 803流過而具有一均勻流動分布整個處理體積 31 201030190 802 〇 陽極組件805可由電鍍反應期間可消耗的材料組成， 但較佳是由扣消耗性材料組成。非消耗性電極可由導電 材料組成，其在電鍍時不會被蝕刻，例如鉑或塗覆鈦的 釕。非消耗性陽極的優點包括因非消耗性而具低成本和 、維修、不與化學品反應、適合合金組合物、適合脈衝 條件。

電鍵腔至800更包含陰極組件8〇6，其經配置以傳送 一或多個基板808及將一或多個基板8〇8定位成電鍍位 置（如第7Β圖所示）。如第7Α圖所示，陰極組件8〇6可 經由頂部開口 802a下降進入處理體積8〇2。 彈性基板常用於製造一些裝置，例如太陽能電池。在 一實施例中，陰極組件806經配置以支撐一或多個彈性 基板而供電鑛之用。在-實施例中，陰極組件8〇6包含 责板810，其經配置以提供基板8〇8結構支撐。 如上所述，通常進行電鍍製程以在晶種層8〇9 (其形 成在基板808上）上形成金屬層。陰極組件8⑽經配置 以支樓基板808，使晶種層8〇9面對陽極組件8〇5。 在-實施例中，陰極組件8〇6包含遮板，，其經配 置以於處理時選擇性㈣晶種層咖的區域。遮板8〇7 設有複數個穿孔8〇7a’其優先讓電化學沉積材料形成於 内在實施例中，遮板8〇7界定用於彈性太陽能電池 之光接收側的圖案》 在一實施例中 陽極組件805和陰極組件8〇6彼此相 32 201030190 對移動而於基板8 0 8與陽極組件8 〇 5間達預定間隔以進 行電鍍。 功率源811耦接至陽極組件805與基板808之間，以 ‘ 提供電鑛偏壓。在一實施例中，複數個電觸點807b形成 • 於遮板807的表面。在一實施例中，功率源8 11透過遮 板807的電觸點807b連接基板808。電觸點807b可由 金屬組成，例如鉑、金或鎳、或其他導電材料，例如石 ❹ 墨、銅（Cu)、磷摻雜銅（CuP)和塗覆鈦的鉑（Pt/Ti)。 陰極組件806經配置以支撐單一基板或多個基板。第 7C圖為根據本發明一實施例之陰極組件8〇6的示意圖。 第7C圖所示之陰極組件806經配置以支撐4個基板 . 80卜陰極組件806包含支撐框架815,其上裝設基板8〇8。 • 第8A_8B圖繪示根據本發明一實施例之處理系統 900。 處理系統900包含複數個類似第7A圖電鍍腔室8〇〇 之結構的處理腔室。電鍍系統900經配置以利用類似上 • 述方法250的方法來電鍍電化學電池或電容器的電極。 電鑛系統900 —般包含複數個排成一直線的處理腔室 901、 902、903、904、905、906，各自經配置以對固定 •於基板固持件907^9076的基板進行處理步驟。基板固持 .件907^9076可利用基板傳送機構910在處理腔室 901-906間傳送。 在一實施例中’基板固持件907^9076類似上述電鍵腔 室8 00的陰極組件806。 在一實施例中，處理腔室901為預溼腔室，其經配置 33 201030190 以預先溼潤内含之基板。 處理腔t 902 T為電鍍腔室，其經配置以對經處理腔 室9〇1預先溼潤後的基板部分進行第一電鍍製程。在一 實施例中，第-電鑛製程經配置㈣成圓柱金屬層至基 板的晶種層上。 ❿ 處理腔室903可為電鑛腔室，其經配置以對經處理腔 室902電鍍後的基板部分進行第二電鍍製程。第二電鍍 製程經配置以在圓柱金屬層上形成多孔層。 處理腔室⑽可相洗腔室，其經配置以潤洗及移除 任何殘餘在經處理腔室剛進行第二電鑛製程處理後之 基板上的電錄液。 處理腔室905可為電鍍腔室，其經配置以進行第三電 鑛製程。在-實施例中，第三電鑛製程經配置以在多孔 層上形成薄膜。 處理腔室906可為潤洗_乾燥站，其經配置以潤洗及乾 燥經第三電鍍製程處理後的基板。 第一8A-8B圖緣示處理期間的基板傳送程序。如第从 圖所不’基板固持#戰在乾燥後傳送出具蒸氣喷口 907a之處理腔官_ 至906，而在各腔室完成製程後基板傳 送機構910處於 趣於同時拾起處理腔室901_9〇5之基板固持 件9071_9075的位置。 在第8Β圖中’基板傳送機構910自處理腔室9〇1_9〇5 拾起基板固持件 沿生產線往下移到下二二、將基板固持件9〇7ΐ·9〇75 腔至。備好處理腔室9〇1以用於 34 201030190 固定在新基板固持件9077的新基板。 基板傳送機構910分別放下基板固持件907,-907 Si 理腔室9〇2-9〇6。處理腔室901處理固定於基板固持件 . 9077的基板。 . 基板傳送機構910向後移動以拾起基板固持件go? 907W而分別至處理腔室901-905。基板固持件9〇7s的武 板已準備好離開電鍍系統900。這些移動步驟可在一流 線化製程中重複。 雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以 限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精 神和範圍内，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之 • 保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。 【圖式簡單說明】 為讓本發明之上述特徵更明顯易懂，可配合參考實施 • 例說明，其部分乃繪示如附圖式。須注意的是，雖然所 附圖式揭露本發明特定實施例，但其並非用以限定本發 明之精神與範圍，任何熟習此技藝者，當可作各種之更 動與潤飾而得等效實施例。 第1A圖為電化學電容器單元之主動區的簡化示意圖。 第1B圖為鐘離子電池的簡化示意圖。 第2圖為根據本文所述實施例之形成電極的方法流程 35 201030190 第3圖為根據本發明實施例形成之陽極的截面圖。 第4圖為根據本文所述實施例之形成多孔電極的方法 流程圖。 第5Α圖為根據本發明一實施例之電鍍腔室的截面側 視圖。 第5B圖為第5A圖之電鍍腔室處於基板傳送位置的截 面側視圖。 第5C圖繪示使用第5A圖之一或多個電鑛腔室的電锻 系統。 第6A圖為根據本發明一實施例之電鍍腔室的截面側 視圖。 第6B圖為根據本發明一實施例之電鍍腔室的截面側 視圖。 第6C圖繪示使用第6A圖之一或多個電鍍腔室的電鑛 系統。 第7A圖為根據本發明一實施例之電鍍腔室的透視圖。 第7B圖為第7A圖電鍍腔室處於電鍍位置的截面侧視 圖。 第7C圖為根據本發明一實施例之基板固持件的示意 圖。 第8A-8B圖繪示根據本發明一實施例之處理系統。 為助於理解，各圖中相同的元件符號盡可能代表相似 的元件。應理解某一實施例的元件及/或處理步驟當可併 入其他實施例，在此不另外詳述。 36 201030190 【主要元件符號說明】

100 電容器單元 110 隔膜 120 電極 130 電解質 140 主動區 150 集流板 151 陽極 152 陰極 153 隔離膜 154 電解質 155 經離子 156 負載 157 充電器 158 電池單元 160 功率源 200 製程 202 ' 204 、 206 ' 208 、 210、212 步驟 220 基板 222 阻障層 224 晶種層 226 圓柱金屬層 228 多孔結構 230 鈍化層 250 方法 251 控制器 252 ' 254 、 256 ' 258 ' 260 ' 262 方塊 301 基底 305 晶種層 306 金屬層 400 電鍍腔室 404 暴露區 405 頭組件 410 遮板 412 電觸點 413 穿孔 414 推力板 415 致動器 418 表面 420 電極 421 孔洞 430 鍍槽組件 431 槽主體 37 201030190

432 堰 434 支撐特徵結構 435 電鍍區 436 收集區 437 氣室 440 幫浦 450 電源供應器 451 引線 460 基板組件 461、 462 輥 500 電鍍系統 501-505 腔室 506 站 506a 喷口 507!.6 、5 08 1 ·6 概 511 基板 600 ' 600c 電鍍腔室 601 基底 602 晶種層 603 腔室主體 604 處理體積 605 喷口 606 排洩口 607 陽極組件 608 基板組件 609-611 輥 613 遮板 614 穿孔 615 電觸點 616 推力板 617、 617,.3 功率源 700 電鍍系統 701-705 腔室 706 站 706a 噴口 707!. 6、70 8 1 -6 棍 800 電鍍腔室 801 腔室主體 802 處理體積 802a 開口 803 喷口 804 電鍍液源 805 陽極組件 806 陰極組件 807 遮板 807a 穿孔 807b 電觸點 808 基板 38 201030190 809 晶種層 810 背 板 811 功率源 812 排 洩口 815 支撐框架 825 捕 獲圍爛 900 電鍍系統 901 -906 腔室 910 傳送機構 907 1-7 固持件 907a 喷口 A 電解 .質 39

Claims (1)

1. 201030190 七、申請專利範圍： 1. 一種於一大面積基板上電鍵一金屬的設備’該設備包 含： . 一腔室主體，其界定一處理體積，其中該處理體積經配 . 置以在其中容納一電鍍浴且該腔室主體具有一上開口； 複數個喷射喷霧器，其經配置以分配一電鍍液而於該處 理體積内形成該電鍍浴，其中該些喷射喷霧器開通至該 f 腔室主體的一側壁； Φ 一排放系統’其經配置以從該處理體積排出該電鍍浴； 一陽極組件’其經設置於該處理體積中，其中該陽極組 件包含一陽極，該陽極以一實質垂直位置顯露（ernerge) . 於該電鍍浴；以及 一陰極組件，其經設置於該處理體積中’且該陰極組件 包含： 一基板處置器’其經配置以實質平行該處理體積中 攀 的該陽極來定位一或多個大面積基板；以及 一接觸機構，其經配置以將一電偏壓耦接至該一或 多個大面積基板。 . 2.如申請專利範圍第丨項所述之設備，其中該陰極組件 經配置以下降至該處理體積内而將該一或多個大面積基 板顯露於該電鍍浴，且該陰極組件被抬離該處理體積而 從該電鍍浴取回該一或多個大面積基板。 201030190 3.如申請專利範圍第2項所述之設備，其中該接觸機構 包含一遮板’其抵靠該—或多個大面積基板的一電鍍表 面而定位，其中該遮板經配置以露出該一或多個大面積 基板的一部分而進行電鑛。 4·如申請專利範圍第3項所述之設備，其中該豸板包含： ❿

   "電板主體，其具有複數個穿孔，該些複數個穿孔經 配置以界定多個待電鍍區域；以及 複數個電觸點’其埋置於該介電板主體中，其中該些電 觸點電氣連接-功率源，以及該些電觸點㈣置以㈣ 該或多個大面積基板的一表面且不接觸該電鑛浴。 5.如中請專利職第4項所述之設備，其中該基板處置 器更包含： 或多個大面積基板抵靠 是定位在該一或多個大 一推力板，其經配置以擠壓該一 該遮板’其中該遮板和該推力板 面積基板的相對側邊上。 1項所述之_巧· I , n叹備，其中該陰極組件 6·如申請專利範圍第 更包含： 一進給輥，其設置於該處理體 具r五經配置以容納一部 分的一彈性基底，其中該一或容 大面積基板形成在該 彈性基底上； 201030190 一底輥，其設置在該處理體穑的一念#A 、 m積的底部部分附近且經配 置以容納一部分的該彈性基底；以及 一捲取鞑，其設置於該處理错藉_ 卿菔槓外且經配置以容納一部 分的該彈性基底 其中該進給輥、該底輥和該捲取輥經配置以傳送該一或 多個大面積基板進出該處理體積，並藉由搬運該彈性基 底而於該處理體積中支托該一或多個大面積基板。 7.如申請專利範圍第6項所述之設備，更包含： 一推力板，其可動地設置於該處理體積中，其中該推力 板經配置以推抵一部分的該彈性基底。 8.如申請專利範圍第7項所述之設備，更包含： 一遮板，其抵靠該一或多個大面積基板的一電鑛表面來 定位，其中該遮板經配置以露出該一或多個大面積基板 的一部分而進行電鑛。 9.如申請專利範圍第8項所述之設備，其中該遮板包含： 一介電板主體’其具有複數個穿孔，該些複數個穿孔經 配置以界定多個待電鍍區域；以及 複數個電觸點’其埋置於該介電板主體中，其中該些電 觸點電氣連接一功率源’以及該些電觸點經配置以接觸 該一或多個大面積基板的一表面且不接觸該電鍍浴。 42 201030190 10.如申請專利範圍第6項所述之設備更 一功率源’其在該陽極鱼 #类面上的道Φ 或多個大面積基板 之該表面上的一導電層之間連接， ^ ^ 功率源直接或 透過該進給輥來連接該導電層。 11. 一種基板處理系統，其包含： 一預灌腔室，其經配置以清潔一大面積基板之一晶種層；

   -第-電鑛腔室’其經配置以在該大面積基板之該晶種 層上形成一第一金屬之—圓柱層； 一第二電鍍腔室，其經配置以在該圓柱層上形成一多孔 層； 一潤洗乾燥腔室，其經配置以清潔及乾燥該大面積基 板；以及 一基板傳送機構’其經配置以於該些腔室之間傳送該大 面積基板， 其令該第一電鍍腔室和該第二電鍍腔室各包含： 一腔室主體，其界定一處理體積，其中該處理體積 經配置以在其中容納一電鍍浴且該腔室主體具有一上開 σ ; 一排放系統，其經配置以從該處理體積排出該電鍍 浴； 一陽極組件，其設置於該處理體積中，其中該陽極 組件包含一陽極，該陽極顯露於該電鍍浴；以及 一陰極組件，其設置於該處理體積中，且該陰極組 43 201030190 件包含： 一基板處置器，其經配置以實質平行該處理 體積中的一陽極來定位一或多個大面積基板；以及 • 一接觸機構，其經配置以將一電偏壓耦接至 該一或多個大面積基板。 12. 如申請專利範圍第u項所述之基板處理系統，其中 該大面積基板形成在一連續彈性基底上，且每一腔室包 取 含： 一進給輥，其設置於該處理體積外且經配置以容納一部 分的該彈性基底； 一底輥，其設置在該處理體積的一底部部分附近且配置 以容納一部分的該彈性基底；以及 一捲取輥，其設置於該處理體積外且經配置以容納一部 分的該彈性基底， • 其中該基板傳送機構經配置以啟動該進給輥和該捲取輥 來移動該彈性基底，進而傳送該一或多個大面積基板進 出該處理體積’並於各腔室的該處理體積中支托該一或 多個大面積基板。 13. 如申請專利範圍第12項所述之基板處理系統其中 該些大面積基板在處理期間實質垂直定位在各腔室中， 且每一電鍍腔室更包含一推力板，該推力板可動地設置 於該處理體積中，其中該推力板經配置以推抵一部分的 44 201030190 該彈性基底’使該—或多個大面積基板接近且實質平行 該陽極。 , 〗4.如申請專利範圍第13項所述之基板處理系統，其中 . 每一電鍍腔室更包含： -遮板’其抵靠該一或多個大面積基板的一電鍍表面來 定位’其中該遮板、經配置以露出該—或多個大面積基板 • 的一部分而進行電锻。 15·如申請專利範圍第丨丨項所述之基板處理系統，其中 該基板處置器包含—基板框架，其經配置以於該電锻浴 . 中支托該-或多個大面積基板，且該基板處置器經配置 , 以在各腔室間傳送。 16_如申請專利範圍第15項所述之基板處理系統其中 • 該基板傳送機構經配置以同時從各腔室抬起該基板框 架、將該基板框架傳送越過該些腔室、及降低各基板框 架至一不同腔室，以定位該一或多個基板供一後續處理 步驟處理。 17.如申請專利範圍第15項所述之基板處理系統，其中 每一電鍍腔室的該接觸機構包含一遮板，其抵靠該一或 多個大面積基板的一電鍍表面而定位，其中該遮板經配 置以露出該一或多個大面積基板的一部分而進行電鍍。 45 201030190 18. 如申請專利範圍第12項所述之基板處理系統，其中 該第二電鐘腔室經配置以形成該第一金屬之該多孔層， 且該多孔層包含大孔隙度、微孔隙度和中孔隙度的至少 其一。 19. 如申請專利範圍第18項所述之基板處理系統，更包 含： 一潤洗腔室，其經配置以在該第二電鍍腔室中形成該多 孔層後潤洗該大面積基板；以及 一第三電鍍腔室，其經配置以在該多孔層上電鍍—第二 金屬之一層，其中該第一金屬不同於該第二金屬。 20. 如申請專利範圍第19項所述之基板處理系統其中 該第一金屬為鋼，該第二金屬為錫。 46