KR101433336B1 - 박막 배터리를 제조하기 위한 방법들 및 팩토리들 - Google Patents

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Abstract

박막 배터리를 제조하기 위한 방법들 및 팩토리들이 설명된다. 방법은 박막 배터리를 제조하기 위한 공정들을 포함한다. 팩토리는 박막 배터리를 제조하기 위한 하나 또는 그 이상의 툴 세트들을 포함한다.

Description

박막 배터리를 제조하기 위한 방법들 및 팩토리들{METHODS OF AND FACTORIES FOR THIN-FILM BATTERY MANUFACTURING}
관련 출원들에 대한 상호 참조
[0001] 본 출원은, 2009년 9월 22일 출원된 미국 가 출원 제61/244,800호의 이익을 주장하며, 본원에 의해 그 전체 내용이 여기에 참조로써 병합된다.
[0002] 본 발명의 실시예들은 박막 배터리들의 분야에 관한 것으로서, 특히 박막 배터리를 제조하기 위한 방법들 및 팩토리(factory)들에 관한 것이다.
[0003] 전형적으로, 현재의 최신식의 박막 배터리 제조 플랜들은, (1) 패터닝 기술들을 위한 쉐도우 마스크들(shadow masks)의 이용 및 (2) 단일 단계 패터닝 기반의 통합 계획들(integration schemes)의 구현에 의한, 종래의 기술들의 스케일링(scaling)에 기초한다. 이러한 접근법에 관한 복잡성 문제들(complexity issues)은 상당할 수 있다. 예를 들어, 증착 챔버들 또는 툴들에는 전형적으로, 박막 배터리들 내의 물질 층들, 보통의 주위환경(normal ambient)에 민감한 물질 층들을 관리 및 보호하고, 증착 적재된 마스크들(deposition laden masks)을 보호하도록 설계된, 특정의 대기 조건들(atmospheric conditions)을 갖는 글러브 박스들(glove boxes)이 피팅(fit)된다. 글러브 박스들의 이용은 동작상 번거로울 수 있으며, 수율에 대한 잠재적인 영향 뿐 아니라, 자본 및 운영 비용들 모두에 관하여, 프로세스에 상당한 비용을 부가할 수 있다. 또한, 쉐도우 마스크 기반의 패터닝은, 예를 들어, 정렬 정확성들 및 잠재적인 결함에 의해 유도된 수율 영향들 뿐 아니라, 패턴 전사에서의 정확성 및 결함 감소를 위한 빈번한 마스크 재생(regeneration) 프로세스 및 여분의 컴포넌트들로 인한 소유 비용의 증가들과 같은, 다른 유해한 문제들을 부가할 수 있다.
[0004] 지금까지, 종래의 기술들에 기초하는 특정 컴포넌트들이 개시되기는 하였지만, 박막 배터리 제조를 위한 어떠한 완전한 팩토리도 어셈블링되지 않았다. 도 1은 박막 배터리들을 제조하기 위한 종래의 장비 배열의 일 예를 도시한다. 도 1을 참조하면, 박막 배터리 제조에 적합한 증착 툴(100)에는 글러브 박스(102)가 장비된다. 예를 들어, 글러브 박스(102)는 전형적으로, 스퍼터링 프로세스와 관련된 증착 툴(100)에 포함된다. 도시되지는 않았지만, 예를 들어 공기에 민감한(air-sensitive) 층 증착 프로세스들 이후에 이용되는, 리튬 챔버 또는 다른 챔버들, 또는 프로세싱 툴들과 함께 이용하기 위해 부가적인 글러브 박스들이 종종 요구된다.
[0005] 도 1은 박막 배터리들을 제조하기 위한 종래의 장비 배열의 일 예를 도시한다.
[0006] 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 본원에서 개시되는 제조 프로세스들 및 툴링 배열들에 의한 제조에 대해 고려되는 대표적인 박막 배터리의 단면도를 도시한다.
[0007] 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른, 마스크 이용 프로세스(masked process)를 이용하는 200 밀리미터 박막 배터리 제조 팩토리의 블록도를 도시한다.
[0008] 도 4는 종래의 방법들에 따른, 박막 배터리를 제조하기 위한 통합 계획에서의 공정들을 나타내는 흐름도를 도시한다.
[0009] 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른, 박막 배터리를 제조하기 위한 통합 계획에서의 공정들을 나타내는 흐름도를 도시한다.
[0010] 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른, 박막 배터리를 제조하기 위한 통합 계획에서의 공정들을 나타내는 흐름도를 도시한다.
[0011] 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른, 캐소드의 리튬화(lithiation) 및 리튬 애노드의 병합(incorporation)을 포함하는 박막 배터리 방법들에 적합한 200 밀리미터 클러스터 툴(cluster tool)의 배열(arrangement) 대 프로세싱 장비의 종래의 배열을 도시한다.
[0012] 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른, 합금 애노드들의 형성을 포함하는 박막 배터리 방법들에 적합한 200 밀리미터 클러스터 툴의 배열 대 프로세싱 장비의 종래의 배열을 도시한다.
[0013] 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른, 최적화된 마스크 이용 프로세스를 이용하는 200 밀리미터 박막 배터리 제조 팩토리의 블록도를 도시한다.
[0014] 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른, 무마스크 통합 프로세스(mask-less integration process)를 이용하는 200 밀리미터 박막 배터리 제조 팩토리의 블록도를 도시한다.
[0015] 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른, 무마스크 통합 프로세스를 이용하는 인라인(in-line) 대면적 코터(large area coater) 박막 배터리 제조 팩토리의 블록도를 도시한다.
[0016] 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른, 무마스크 통합 프로세스를 이용하는, 높은 처리량을 위해 설계된 인라인 대면적 코터 박막 배터리 제조 팩토리의 블록도를 도시한다.
[0017] 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른, 200 밀리미터 및 인라인 대면적 코터 복합형 박막 배터리 제조 팩토리의 블록도를 도시한다.
[0018] 도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른, 인시튜(in situ) 마스크 관리를 포함하는 마스크 이용 통합(masked integration)을 이용하여 박막 배터리를 제조하기 위한 고용량(high volume)의 제조 툴 세트의 블록도를 도시한다.
[0019] 도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른, 표준 리튬 증발 툴을 이용하는 200 밀리미터 박막 배터리 제조 팩토리의 블록도를 도시한다.
[0020] 도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른, 단일 마스크 통합 프로세스를 이용하는, 높은 처리량을 위해 설계된 인라인 대면적 코터 박막 배터리 제조 팩토리의 블록도를 도시한다.
[0021] 박막 배터리를 제조하기 위한 방법들 및 팩토리들이 설명된다. 다음의 설명에서는, 본 발명의 철저한 이해를 제공하기 위해, 제조 조건들 및 물질 체제(material regime)들과 같은 다수의 특정 상세사항들이 설명된다. 본 발명이 이러한 특정 상세사항들 없이도 실시될 수 있다는 것이 당업자에게 명백할 것이다. 다른 경우들에서, 본 발명을 불필요하게 불명료히 하지 않도록 하기 위해, 박막 배터리 응용들과 같은 잘 알려진 양상들은 상세히 설명되지 않는다. 또한, 도면들에 나타낸 다양한 실시예들은 예시적인 표현들이며, 반드시 척도대로 그려진 것은 아님을 이해해야 한다. 부가적으로, 다른 배열들 및 구성들이 본원의 실시예들에서 명시적으로 개시되지 않을 수 있지만, 여전히 본 발명의 사상 및 범주 내에 있는 것으로 고려된다.
[0022] 본원에서는, 박막 배터리를 제조하기 위한 방법들이 개시된다. 일 실시예에서, 방법은 박막 배터리를 제조하기 위한 공정들을 포함한다.
[0023] 본원에서는 또한, 박막 배터리를 제조하기 위한 팩토리들이 개시된다. 일 실시예에서, 팩토리는 박막 배터리를 제조하기 위한 하나 또는 둘 이상의 툴 세트들을 포함한다.
[0024] 본 발명의 실시예들에 따르면, 본원에 개시되는 방법들 및 팩토리들은 다음의 문제들 또는 특징들: (a) 통합된 증착 시스템들 및 팩토리들, (b) 공기 주위환경에 호환가능한(air ambient compatible) 제조 기술들, (c) 복잡성 및 비용 감소, (d) 실리콘 집적 회로 플랫폼들, 및 (e) 인라인 증착 플랫폼들, 중에서 하나 또는 둘 이상을 다룬다. 몇몇 실시예들에서는, 박막 배터리 제조 기술들을 위한 완전한 팩토리 모델들이 본원에서 제시된다. 다양한 시스템들의 독특성(uniqueness)은, (a) 복잡성을 최소화하고 제조 통합을 개선하기 위한 통합된 플랫폼들, (b) 쉐도우 무마스크 통합-호환가능 툴들(shadow mask-less integration-compatible tools), 및 (c) 모든 프로세스들을 위한 완전한 툴 세트들, 예를 들어 박막 배터리 팩토리 모델들을 포함할 수 있다.
[0025] 본원에서 개시되는 방법들 및 팩토리들과 관련하여, 완전한 팩토리 모델들에 대한 컴포넌트들은, (a) 금속들, 캐소드, 전해질 및 애노드 물질들을 위한 물리 기상 증착 챔버들, (b) 전형적으로 폴리머, 유전체, 및 금속 증착 챔버들 또는 툴들로 이루어지는 보호 코팅 시스템들, (c) 마스크 이용 통합 계획들(masked integration schemes)을 위한 정렬 시스템들, 및 (d) 무마스크 통합을 위한 주변 툴들(예를 들어, 레이저 또는 리소 패터닝)을 포함할 수 있다. 본 발명의 몇몇 실시예들에 따르면, 박막 배터리 제조 팩토리들에 대한 특성들은, (a) (마스크 이용 또는 무마스크 통합에 상관없이) 비활성의 주위환경 요건들에 대한 필요성을 제거하기 위한 스마트(smart) "클러스터링(clustering)" 또는 통합의 이용, (b) 이송 동안의 공기 노출의 위험들을 제거하거나 완화시키는, 전형적으로 독립형의 리튬 증착 챔버를 제거하기 위한 독특한 챔버들의 이용, 및 (c) 선택적인 진공 이송 모듈(vacuum transfer module; VTM)의 이용을 포함한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 팩토리 타입들은, 200 밀리미터 플랫폼들, 300 밀리미터 플랫폼들, 인라인 플랫폼들, 또는 복합형 플랫폼들과 같은(그러나 이들에 한정되는 것은 아님) 배열들을 포함한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 프로세스 통합 계획들은, 마스크 이용 통합 계획들 또는 무마스크 통합 계획들과 같은(그러나 이들에 한정되는 것은 아님) 통합 계획들을 포함한다.
[0026] 다양한 박막 배터리 아키텍쳐들이, 본원에서 설명되는 프로세스들 및 툴링 배열들을 이용하는 제조에 대해 고려될 수 있다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 본원에서 설명되는 제조 프로세스들 및 툴링 배열들에 의한 제조에 대해 고려되는 대표적인 박막 배터리의 단면도를 도시한다. 도 2를 참조하면, 박막 배터리(200)는 기판(204) 상에 제조되는 층들의 스택(202)을 포함한다. 층들의 스택(202)은 캐소드 전류 콜렉터 층(206), 애노드 전류 콜렉터 층(208), 캐소드 층(210), 애노드 층(212), 전해질 층(214) 및 보호 코팅 층(216)을 포함한다. 일 실시예에서, 층들의 스택(202)은 약 15 미크론의 두께를 갖는다. 실제의 총 두께는 소정의 디바이스 면적에 대한 배터리의 원하는 용량에 의존할 수 있으며, 이는 캐소드, 애노드 및 전해질의 두께에 영향을 준다. 일 실시예에서, 박막 배터리(200)의 애노드 층(212)은 리튬 애노드 층이다. 하지만, 도 2가 박막 배터리 구조에 대한 단지 하나의 가능한 배열 만을 도시한 것이며, 본원에서 개시되는 개념들은, 예를 들어 미국 특허 출원 공개 제2009/0148764호에서 설명되는 통합 계획들을 포함하는, 종래의 프로세스 흐름 및 통합 계획들에 의해 제조되는 임의의 박막 배터리 구조에 적용될 수 있다는 것을 이해해야 한다.
[0027] 본 발명의 일 실시예에 따르면, 박막 배터리 제조 프로세스들은 2개의 범주들: (1) 물질 층들의 증착 및 (2) 물질 층들의 패터닝으로 분할될 수 있다. 기능 면에서, 일 실시예에서, 증착 프로세스들은 능동 디바이스의 제조 및 보호 코팅들의 제조로 분할될 수 있는데, 이들 둘 모두는 어떤 형태의 패터닝을 요구한다. 따라서, 일 실시예에서, 본원에서 설명되는 팩토리 모델들은 3개의 섹터들: (1) 디바이스 물질들의 증착, (2) 보호 코팅들의 증착, 및 (3) 패터닝 기술들로 구성된다.
[0028] 일 실시예에서, 능동 디바이스 제조에 수반되는 전형적인 층들은, 전류 콜렉터들, 캐소드(포지티브 전극), 전해질 및 애노드(네거티브 전극) 물질들과 같은(그러나 이들에 한정되는 것은 아님) 층들이다. 전형적으로, 보호 코팅들에 대해서는, 다중 층 스택들이 이용된다. 일 실시예에서, 유용한 물질들은, 폴리머들, 유전체들, 금속들 또는 반도체들과 같은(그러나 이들에 한정되는 것은 아님) 물질들을 포함한다. 패터닝을 위해, 종래의 방법은 쉐도우 마스크들의 이용을 포함하여 왔다. 본 발명의 일 실시예에서는, 레이저-기반 및 리소그래피-기반의 방법론들 중 어느 하나 또는 둘 모두를 포함하는 무마스크 통합 계획이 이용된다.
[0029] 본 발명의 일 실시예에 따르면, 팩토리 모델들의 예들은 쉐도우 마스크 기반 통합과 무마스크 기반 통합 모두에 대해 Si-IC(200 또는 300 밀리미터 기판)와 인라인 플랫폼들 중에서 어느 하나 또는 둘 모두를 포함한다. 일 실시예에서, 쉐도우 무마스크 기반의 최적화된 실리콘 집적 회로 플랫폼의 특징들은 엑스 시튜(ex situ) 리소그래피 또는 레이저 기반의 정렬 및 패터닝 기술들(예를 들어, 쉐도우 마스크들을 이용하는 인시튜 패터닝의 복잡성 및 오정렬 가능성들의 제거)을 이용하며, 그리고 공기에 민감한 물질 층들(예를 들어, 캐소드 및 애노드 층들)에 대해 비활성의 주위환경 요건들을 제거하거나 또는 적어도 최소화하도록, 통합된 리튬 챔버(들) 및 독특한 통합 방법들을 이용한다.
[0030] 본 발명의 일 양상에서는, 마스크 이용 통합을 위한 팩토리 모델이 제공된다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른, 마스크 이용 프로세스를 이용하는 200 밀리미터 박막 배터리 제조 팩토리의 블록도를 도시한다.
[0031] 도 3을 참조하면, 박막 배터리를 제조하기 위한 팩토리(300)는 금속 또는 반도체 층들을 증착하기 위한 제 1 프로세스 툴(302), 활성 층들을 증착하기 위한 제 2 프로세트 툴(304), 급속 열 프로세싱을 위한 제 3 프로세스 툴(306), 유전체 층들을 증착하기 위한 제 4 프로세스 툴(308), 반응성 이온 식각을 수행하기 위한 제 5 프로세스 툴(310), 및 박막 배터리들을 위한 특별 층들(specialty layers)을 증착하기 위한 제 6 프로세스 툴(312)을 포함한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 도 3에 도시된 바와 같이, 제 6 프로세스 툴(312)은 동일한 프로세스 툴 내에서 리튬 층(예를 들어, 리튬 애노드 층)과 보호 코팅(예를 들어, 폴리머 층) 모두를 증착하도록 구성된다. 이 도면에서의 다양한 툴들 상의 글러브 박스들의 배치 또는 부재(absence)는, 소정의 툴로부터의 결과적인 층들 또는 프로세스가 공기에 안정한(air stable) 또는 공기에 민감한 "상부(top)" 표면들을 초래한다는 가정에 기초할 수 있다. 따라서, 통합 계획들(디바이스 패터닝)이 소정의 툴 상에서의 프로세싱 이후에 층 또는 상부 표면의 성질을 변화시킨다면, 배치가 변화할 수 있다. 일 실시예에서, 도 3에 나타낸 툴들 중 하나 또는 둘 이상에 대해, 툴 챔버들 또는 SMF 모듈들 중 하나 또는 둘 이상이 진공 이송 모듈(VTM)로 대체될 수 있다는 것을 이해해야 한다.
[0032] 본 발명의 일 양상에서는, 애노드와 캐소드 물질들 모두에 대한 개선된 통합 계획들 및 온보드(on-board) 리튬 챔버를 이용하는 것의 영향들이 다뤄진다. 도 4는 리튬화된 캐소드(lithiated cathode) 및 리튬 애노드를 갖는 셀들에 대한 종래의 방법들에 따른, 박막 배터리를 제조하기 위한 통합 계획에서의 공정들을 나타내는 흐름도(400)를 도시한다. 흐름도(400)의 공정(402)을 참조하면, 박막 배터리 제조 프로세스는 전류 콜렉터 층의 패터닝된 증착을 포함한다. 흐름도(400)의 공정(404)을 참조하면, 박막 배터리 제조 프로세스는 캐소드 층의 패터닝된 증착을 포함한다. 흐름도(400)의 공정(406)을 참조하면, 박막 배터리 제조 프로세스는 캐소드 층의 어닐링(선택적)을 포함한다. 흐름도(400)의 공정(408)을 참조하면, 박막 배터리 제조 프로세스는 전해질 층의 패터닝된 증착을 포함한다. 흐름도(400)의 공정(410)을 참조하면, 박막 배터리 제조 프로세스는 애노드 층의 패터닝된 증착을 포함한다. 그리고, 흐름도(400)의 공정(412)을 참조하면, 박막 배터리 제조 프로세스는 보호 코팅 층의 증착을 포함한다. 실제 박막 배터리 스택의 요건들에 따라, 상기 공정들 이후에, 증착후 패터닝(post-deposition patterning)이 또한 수행될 수 있다.
[0033] 일 특정 실시예에서, 전해질 층의 후속 증착이, 증착 프로세스들 사이에서 캐소드 층을 공기 주위환경에 노출시키지 않고서, 캐소드 층 상에서 수행된다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른, 박막 배터리를 제조하기 위한 통합 계획에서의 공정들을 나타내는 흐름도(500)를 도시한다. 흐름도(500)의 공정(502)을 참조하면, 박막 배터리 제조 프로세스는 캐소드 층의 증착을 포함한다. 선택적인 공정(503a)을 참조하면, 일 실시예에서, 캐소드 층은, 리튬을 이미 포함할 수 있거나 또는 포함하지 않을 수 있는 기초 캐소드 물질(foundational cathode material)의 증착 이후 리튬화된다. 선택적인 공정(503b)을 참조하면, 일 실시예에서, 캐소드 층은, 예를 들어 이러한 캐소드 층을 가열함으로써 어닐링된다. 일 특정 실시예에서, 캐소드 층은, 리튬을 이미 포함할 수 있거나 또는 포함하지 않을 수 있는 기초 캐소드 물질의 증착 이후 리튬화되며, 이후, 캐소드 층은, 예를 들어 이러한 캐소드 층을 가열함으로써 어닐링된다. 일 실시예에서는, 단계들(503a 및 503b)이 또한 역전될 수 있다. 이후, 흐름도(500)의 공정(504)을 참조하면, 캐소드 층을 주위의 공기 조건들에 노출시키지 않고서, 캐소드 층 상에 전해질 층이 형성된다. 흐름도(500)의 공정(506)을 참조하면, 마스크 공정을 포함하여 제 2 전해질 층 증착 공정이 수행된다. 상기 층들이 증착되는 기판이 공기 주위환경에 노출되는 경우, 전해질 층이 캐소드 층을 보호한다.
[0034] 다른 특정 실시예에서, 금속 층, 유전체 층, 유전체-유기 복합 층, 또는 유기 층의 후속 증착은, 증착 프로세스들 사이에서 애노드 층을 공기 주위환경에 노출시키지 않고서, 애노드 층 상에서 수행된다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른, 박막 배터리를 제조하기 위한 통합 계획에서의 공정들을 나타내는 흐름도(600)를 도시한다. 흐름도(600)의 공정(602)을 참조하면, 박막 배터리 제조 프로세스는 애노드 층의 증착을 포함한다. 선택적인 공정(603a)을 참조하면, 일 실시예에서, 애노드 층은, 리튬을 이미 포함할 수 있거나 또는 포함하지 않을 수 있는 기초 애노드 물질의 증착 이후 리튬화된다. 선택적인 공정(603b)을 참조하면, 일 실시예에서, 애노드 층은, 예를 들어 이러한 애노드 층을 가열함으로써 어닐링된다. 일 특정 실시예에서, 애노드 층은, 리튬을 이미 포함할 수 있거나 또는 포함하지 않을 수 있는 기초 애노드 물질의 증착 이후 리튬화되며, 이후, 애노드 층은, 예를 들어 이러한 애노드 층을 가열함으로써 어닐링된다. 이후, 흐름도(600)의 공정(604)을 참조하면, 애노드 층을 주위의 공기 조건들에 노출시키지 않고서, 애노드 층 상에 초기 보호 코팅 층이 형성된다. 흐름도(600)의 공정(606)을 참조하면, 마스크 공정을 포함하는 제 2 코팅 층 증착 공정이 수행된다. 상기 층들이 증착되는 기판이 공기 주위환경에 노출되는 경우, 초기 보호 코팅 층이 애노드 층을 보호한다.
[0035] 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른, 캐소드의 리튬화 및 리튬 애노드의 병합을 포함하는 박막 배터리 방법들에 적합한 200 밀리미터 클러스터 툴의 배열 대 프로세싱 장비의 종래의 배열을 도시한다. 도 7을 참조하면, 클러스터 툴(702)은 (글러브 박스에 대한) 엑스 시튜 마스크 정렬을 이용하는 프로세스 흐름을 수용(accommodate)하도록 구성된다. 종래의 툴 구성(704)이 또한 도시된다. 일 실시예에서, 클러스터 툴(702)은, 글러브 박스 내에서의 정렬을 요구하는, 상술된 바와 같은 부가적인 보호 증착 공정들을 수용하기 위한 부가적인 챔버들을 갖는다. 일 실시예에서, 클러스터 툴(702)은 (외부 저장소(external reservoir)를 갖는) 샤워헤드 기반의 또는 내부 저장소 기반의 직접 리튬 증발기(direct lithium evaporator)(706)를 포함한다. 일 특정 실시예에서는, 클러스터 툴(702)에 온보드 리튬 증착 챔버(706)를 병합시킴으로써, 툴 간의(from tool-to-tool) 엑스 시튜 이송(ex situ transfer)에 대한 필요성이 제거된다. 다른 실시예에서, 클러스터 툴(702)은, 리튬 스퍼터링 챔버와 같은(그러나 이에 한정되는 것은 아님) 높은 리튬 증착율 챔버(high lithium deposition rate chamber)를 포함한다. 일 특정 실시예에서, 높은 리튬 증착율 챔버는 리튬 타겟의 스퍼터링을 수행하기 위해 아르곤 가스에 대한 소스 지점(source point)을 포함한다. 일 실시예에서, 클러스터 툴(702)은, 도 7에 도시된 바와 같이 급속 열 어닐(RTA) 챔버와 같은 어닐링 챔버(705)를 포함한다.
[0036] 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른, 합금 애노드들의 형성을 포함하는 박막 배터리 방법들에 적합한 200 밀리미터 클러스터 툴의 배열 대 프로세싱 장비의 종래의 배열을 도시한다. 도 8을 참조하면, 클러스터 툴(802)은 엑스 시튜 마스크 정렬을 이용하는 프로세스 흐름을 수용하도록 구성된다. 종래의 툴 구성(804)이 또한 도시된다. 일 실시예에서, 클러스터 툴(802)은 상술된 바와 같이 부가적인 보호 증착 공정들을 수용하기 위한 부가적인 챔버들을 갖는다. 일 실시예에서, 온보드 리튬 챔버(806)는 실리콘-리튬-실리콘 또는 리튬-실리콘 (실리콘-온-탑(silicon-on-top)) 타입들의 증착을 허용한다. 일 실시예에서, 클러스터 툴(802)은, 도 8에 도시된 바와 같이 급속 열 어닐(RTA) 챔버와 같은 어닐링 챔버(805)를 포함한다. 비록 본 예가 200 밀리미터 Si-IC 플랫폼 및 챔버를 가지고 나타내어져 있지만, 동일한 개념이 300 밀리미터 및 인라인 툴들로 확장될 수 있다.
[0037] 본 발명의 다른 양상에서는, 최적화된 박막 배터리 팩토리가 제공된다. 비록 200 밀리미터 툴 세트들이 예들로서 나타내어지나, 이러한 접근법들이 300 밀리미터 툴 세트들을 이용하여 용이하게 구현될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른, 최적화된 마스크 이용 프로세스를 이용하는 200 밀리미터 박막 배터리 제조 팩토리의 블록도를 도시한다.
[0038] 도 9를 참조하면, 최적화된 마스크 이용 프로세스를 이용하여 박막 배터리를 제조하기 위한 팩토리(900)는 금속 또는 반도체 층들을 증착하기 위한 제 1 프로세스 툴(902)을 포함한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제 1 프로세스 툴(902)은 리튬 챔버(904)를 포함한다. 일 실시예에서, 제 1 프로세스 툴(902)은 마스크 정렬기(mask aligner)(906)와 연관된다. 팩토리(900)는 또한 활성 층들을 증착하기 위한 제 2 프로세스 툴(908)을 포함한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 도 9에 도시된 바와 같이, 제 2 프로세스 툴(908)은 하나 또는 둘 이상의 캐소드 증착 챔버들, 금속 증착 챔버, 하나 또는 둘 이상의 전해질 증착 챔버들 및 리튬 증착 챔버를 포함한다. 팩토리(900)는 또한 급속 열 프로세싱을 위한 제 3 프로세스 툴(910), 유전체 층들을 증착하기 위한 제 4 프로세스 툴(912) 및 반응성 이온 식각을 수행하기 위한 제 5 프로세스 툴(914)을 포함한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 팩토리(900)는 또한 박막 배터리들에 대한 특별 층들을 증착하기 위한 제 6 프로세스 툴(916)을 포함한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 도 9에 도시된 바와 같이, 제 6 프로세스 툴(916)은 폴리머 층을 증착하도록 구성된다. 또한, 각각 금속/반도체들과 활성 층들에 대한 제 1 툴(902) 세트와 제 2 툴(908) 세트에는, 도 7 및 8과 관련하여 설명된 바와 같이 온보드 어닐 챔버들이 피팅될 수 있다. 이러한 툴 세트는 다수의 물질들 및 통합 계획들로 박막 배터리들의 제조를 허용한다.
[0039] 본 발명의 일 양상에서는, 무마스크 프로세스 통합 계획들을 위한 팩토리 툴 세트들이 제공된다. 일 실시예에서, 팩토리는, 클러스터 툴 플랫폼, 인라인 플랫폼, 높은 처리량을 목표로 하는 인라인 플랫폼, 또는 200mm-인라인 복합형 플랫폼(200mm-in-line combination platform)과 같은(그러나 이들에 한정되는 것은 아님) 플랫폼을 포함한다. 일 실시예에서, 200mm-인라인 복합형 플랫폼은 제조업자로 하여금 상대적으로 더 낮은 증착율들을 갖는 디바이스 물질 층들(예를 들어, 캐소드 및 전해질)의 더 용이한 스케일링을 허용할 수 있게 한다. 일 특정 실시예에서, 시스템 레이아웃은 성질이 모듈식(modular)이어서, 박막 배터리 제조를 위해 증착 및 패터닝을 통합하는 다수의 방식들의 채택을 허용한다.
[0040] 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른, 무마스크 통합 프로세스를 이용하는 200 밀리미터 박막 배터리 제조 팩토리의 블록도를 도시한다.
[0041] 도 10을 참조하면, 무마스크 통합 프로세스를 이용하여 박막 배터리를 제조하기 위한 팩토리(1000)는 금속 층들을 증착하기 위한 제 1 프로세스 툴(1002)을 포함한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제 1 프로세스 툴(1002)은 리튬 챔버(1004)를 포함한다. 팩토리(1000)는 또한 활성 층들을 증착하기 위한 제 2 프로세스 툴(1006)을 포함한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제 2 프로세스 툴(1006)은, 도 10에 도시된 바와 같이, 하나 또는 둘 이상의 캐소드 증착 챔버들, 하나 또는 둘 이상의 금속 증착 챔버들, 하나 또는 둘 이상의 전해질 증착 챔버들 및 리튬 증착 챔버를 포함한다. 팩토리(1000)는 또한 급속 열 프로세싱을 위한 제 3 프로세스 툴(1008), 유전체 층들을 증착하기 위한 제 4 프로세스 툴(1010) 및 반응성 이온 식각을 수행하기 위한 제 5 프로세스 툴(1012)을 포함한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 팩토리(1000)는 또한 박막 배터리들의 제조에서의 프로세스 공정들을 수행하기 위한 부가적인 프로세스 툴들(1014, 1016, 1018 및 1020)을 포함한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 도 10에 도시된 바와 같이, 프로세스 툴(1014)은 폴리머 층의 증착을 위해 구성되고, 프로세스 툴(1016)은 리소그래피 노광 및 레지스트 스트립 공정들을 위해 구성되고, 프로세스 툴(1018)은 식각 및 세정 공정들을 위해 구성되며, 그리고 프로세스 툴(1020)은 박막 배터리들이 상부에 제조되는 웨이퍼들의 레이저 스크라이빙(laser scribing)을 위해 구성된다. 도 9와 유사하게, 각각 금속 층들과 활성 층들을 위한 제 1 툴(1002) 세트와 제 2 툴(1006) 세트에는 온보드 어닐 챔버들이 피팅될 수 있다. 통합 계획에 따라, 공기에 민감한 층들의 측벽이 엑스 시튜 패터닝 동안 노출될 수 있는 것이 가능하다. 이러한 경우, 적절한 툴들이, 예를 들어 이들을 글러브 박스들과 인터페이싱시키거나 또는 직접적인 이송을 가능하게 하도록 챔버들을 클러스터링함으로써, 공기 노출을 제거하도록 구성될 필요가 있을 것이다.
[0042] 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른, 무마스크 통합 프로세스를 이용하는 인라인 대면적 코터 박막 배터리 제조 팩토리의 블록도를 도시한다.
[0043] 도 11을 참조하면, 무마스크 통합 프로세스를 이용하여 박막 배터리를 제조하기 위한 팩토리(1100)는 활성 층들을 증착하기 위한 제 1 프로세스 툴(1102)을 포함한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 도 11에 도시된 바와 같이, 제 1 프로세스 툴(1102)은 복수의 캐소드 증착 챔버들(1104), 금속 증착 챔버(1106), 복수의 전해질 증착 챔버들(1108) 및 복수의 리튬 증착 챔버들(1110)을 포함한다. 팩토리(1100)는 또한 금속 또는 반도체 층들을 증착하기 위한 제 2 프로세스 툴(1112)을 포함한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제 2 프로세스 툴(1112)은 복수의 금속 챔버들(1114)을 포함한다. 일 실시예에서, 팩토리(1100)는 또한 박막 배터리들의 제조에서의 다양한 프로세스 공정들을 수행하기 위한 부가적인 프로세스 툴들(1116, 1118, 1120, 1122 및 1124)을 포함한다. 일 실시예에서, 도 11에 도시된 바와 같이, 프로세스 툴(1116)은 급속 열 프로세싱을 위해 구성되고, 프로세스 툴(1118)은 폴리머 층의 증착을 위해 구성되고, 프로세스 툴(1120)은 리소그래피 노광 및 레지스트 스트립 공정들을 위해 구성되고, 프로세스 툴(1122)은 식각 및 세정 공정들을 위해 구성되며, 그리고 프로세스 툴(1124)은 박막 배터리들이 상부에 제조되는 웨이퍼들의 레이저 스크라이빙을 위해 구성된다. 증착 툴에 대한 이러한 특정 구성은 공기에 민감하지 않거나(어닐을 이용하거나, 또는 어닐을 이용하지 않음) 또는 공기에 민감한 캐소드들을 위한 것이지만, 리튬 애노드에 대해서는 어닐을 요구하지 않는다. 다른 타입들의 캐소드-애노드 쌍 및 프로세스 통합 흐름들에 대한 유사한 구성이 유사한 개념들을 이용하여 용이하게 도출될 수 있다.
[0044] 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른, 무마스크 통합 프로세스를 이용하는, 높은 처리량을 위해 설계된 인라인 대면적 코터 박막 배터리 제조 팩토리의 블록도를 도시한다.
[0045] 도 12를 참조하면, 무마스크 통합 프로세스를 이용하여 박막 배터리를 제조하기 위한, 높은 처리량을 위해 설계된 팩토리(1200)는 전해질 및 애노드 층들을 증착하기 위한 제 1 프로세스 툴(1202)을 포함한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 도 12에 도시된 바와 같이, 제 1 프로세스 툴(1202)은 복수의 전해질 증착 챔버들(1204), 하나 또는 둘 이상의 금속 증착 챔버들(1206), 및 하나 또는 둘 이상의 리튬 증착 챔버들(1208)을 포함한다. 팩토리(1200)는 또한 캐소드 층들을 증착하기 위한 제 2 프로세스 툴(1210)을 포함한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 도 12에 도시된 바와 같이, 제 2 프로세스 툴(1210)은 복수의 캐소드 증착 챔버들(1212)을 포함한다. 팩토리(1200)는 또한 금속 또는 반도체 층들을 증착하기 위한 제 3 프로세스 툴(1214)을 포함한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제 3 프로세스 툴(1214)은 복수의 금속 챔버들(1216) 및 복수의 반도체 챔버들(1218)을 포함한다. 일 실시예에서, 팩토리(1200)는 또한 박막 배터리들의 제조에서의 다양한 프로세스 공정들을 수행하기 위한 부가적인 프로세스 툴들(1218, 1220, 1222, 1224, 1226 및 1228)을 포함한다. 일 실시예에서, 도 12에 도시된 바와 같이, 프로세스 툴(1218)은 급속 열 프로세싱을 위해 구성되고, 프로세스 툴(1220)은 폴리머 층의 증착을 위해 구성되고, 프로세스 툴(1222)은 리소그래피 노광 및 레지스트 스트립 공정들을 위해 구성되고, 프로세스 툴(1224)은 식각 및 세정 공정들을 위해 구성되고, 프로세스 툴(1226)은 레이저 어블레이션(laser ablation)을 위해 구성되며, 그리고 프로세스 툴(1228)은 유전체 층 증착을 위해 구성된다. 이러한 특정한 시스템은 LiCoO2-Li 셀들에 대해 셋업될 수 있다. 다른 타입들의 캐소드-애노드 쌍 및 프로세스 통합 흐름들에 대한 유사한 구성이 유사한 개념들을 이용하여 용이하게 도출될 수 있다.
[0046] 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른, 200 밀리미터 및 인라인 대면적 코터 복합형 박막 배터리 제조 팩토리의 블록도를 도시한다. 이 경우, 인라인 툴은 다수의 200 밀리미터 툴 호환가능 기판들을 프로세싱할 것이다.
[0047] 도 13을 참조하면, 박막 배터리를 제조하기 위한 팩토리(1300)는 금속 또는 반도체 층들을 증착하기 위한 제 1 프로세스 툴(1302)을 포함한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제 1 프로세스 툴(1302)은 리튬 챔버(1304)를 포함한다. 제 1 프로세스 툴(1302)에는 도 7 및 8에 나타낸 바와 같은 온보드 어닐 챔버가 피팅될 수 있다. 팩토리(1300)는 또한 활성 층들을 증착하기 위한 제 2의 인라인 프로세스 툴(1306)을 포함한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 도 13에 도시된 바와 같이, 제 2 프로세스 툴(1306)은 복수의 캐소드 증착 챔버들(1308), 하나 또는 둘 이상의 금속 증착 챔버들(1310), 복수의 전해질 증착 챔버들(1312) 및 하나 또는 둘 이상의 리튬 증착 챔버들(1314)을 포함한다. 팩토리(1300)는 또한 급속 열 프로세싱을 위한 제 3 프로세스 툴(1316), 유전체 층들을 증착하기 위한 제 4 프로세스 툴(1318), 및 반응성 이온 식각을 수행하기 위한 제 5 프로세스 툴(1320)을 포함한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 팩토리(1300)는 또한 박막 배터리들의 제조에서의 프로세스 공정들을 수행하기 위한 부가적인 프로세스 툴들(1322, 1324, 1326 및 1328)을 포함한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 도 13에 도시된 바와 같이, 프로세스 툴(1322)은 폴리머 층의 증착을 위해 구성되고, 프로세스 툴(1324)은 리소그래피 노광 및 레지스트 스트립 공정들을 위해 구성되고, 프로세스 툴(1326)은 세정 공정들을 위해 구성되며, 그리고 프로세스 툴(1328)은 박막 배터리들이 상부에 제조되는 웨이퍼들의 레이저 스크라이빙을 위해 구성된다.
[0048] 본 발명의 다른 양상에서는, 쉐도우 마스크 기반의 통합 계획을 위한 인라인 팩토리 모델이 제공된다. 일 실시예에서, 마스크 정렬 및 관리는 인시튜로 수행된다. 일 실시예에서, 툴 세트는 예시적인 프로세스 통합 계획들에 기초하며, 통합 흐름에서의 임의의 변경들에 대해 용이하게 적응될 수 있다. 도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른, 인시튜 마스크 관리를 포함하는 마스크 이용 통합을 이용하여 박막 배터리를 제조하기 위한 고용량의 제조 툴 세트의 블록도를 도시한다.
[0049] 도 14를 참조하면, 인시튜 마스크 관리를 포함하는 마스크 이용 통합을 이용하여 박막 배터리들을 제조하기 위한 팩토리(1400)는 활성 층들, 금속들 및 반도체들을 증착하기 위한 결합된 프로세스 툴들을 갖는 시스템(1402)을 포함한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 시스템(1402)은 금속 및 유전체 층들을 증착하기 위한 제 1 프로세스 툴(1404), 반도체 층들을 증착하기 위한 제 2 프로세스 툴(1406), 전해질 층들을 증착하기 위한 제 3 프로세스 툴(1408), 캐소드 층들을 증착하기 위한 제 4 프로세스 툴(1410) 및 금속 층들을 증착하기 위한 제 5 프로세스 툴(1412)을 포함한다. 팩토리(1400)는 또한 폴리머들을 증착하기 위한 시스템(1414) 및 보호 코팅들을 형성하기 위한 결합된 프로세스 툴들을 갖는 시스템(1416)을 포함한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 시스템(1416)은 보호 코팅의 증착 및 패터닝을 위한 것이다. 이러한 특정한 구성은 2개의 상이한 마스크 공정들을 갖는, 다수의 층과 물질이 가능한 시스템(multiple layer and material capable system)을 도시한다. 따라서, 3개의 통합된 모듈들(1418, 1420 및 1422)은, 패터닝을 위한 식각 프로세싱 뿐 아니라, 유전체 및 금속 층들과 같은 일반적인 또는 특정한 물질들의 조합을 위해 이용될 수 있다. 도 14에는 또한, 마스크 관리 시스템의 유닛들이 도시되어 있다. 예를 들어, 1450이 회전-정렬 모듈인 한편, 1452는 해당하는 챔버를 배기시키지 않고 재생 및 리로드(reload)하기 위한 개별적인 마스크 로드/언로드 포트를 갖는 마스크 저장 영역이다.
[0050] 본 발명의 다른 양상에서는, 표준 리튬 증발 툴을 갖는 팩토리 모델이 제공된다. 도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른, 표준 리튬 증발 툴을 이용하는 200 밀리미터 박막 배터리 제조 팩토리의 블록도를 도시한다. 이러한 구성은 공기에 민감한 캐소드 물질들을 취급하기 위한 것일 수 있다.
[0051] 도 15를 참조하면, 박막 배터리를 제조하기 위한 팩토리(1500)는, 박막 배터리를 위한 컨택(contact)들을 형성하기 위해 금속 또는 반도체 층들을 증착하기 위한 제 1 프로세스 툴(1502)을 포함한다. 팩토리(1500)는 또한 캐소드 층들, 전해질 층들 및 리튬을 증착하기 위한 제 2 프로세스 툴(1504)을 포함한다. 제 2 프로세스 툴(1504)은 캐소드 층들의 증착을 위한 제 1 클러스터 툴(1550) 및 전해질 층들의 증착을 위한 제 2 클러스터 툴(1552)을 포함한다. 일 실시예에서, 도 15에 도시된 바와 같이, 제 1 클러스터 툴(1550)에는 인시튜 어닐링을 위한 열 어닐 챔버(1554)가 장비되지만, 리튬 또는 리튬 함유 층들을 증착하기 위한 챔버는 장비되지는 않는다. 대신에, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제 2 프로세스 툴(1504)은 표준 리튬 증발 툴(1556)을 포함하며, 표준 리튬 증발 툴(1556)에는 표준 리튬 증발 툴(1556)을 제 1 클러스터 툴(1550) 및 제 2 클러스터 툴(1552)에 결합하는 하나 또는 둘 이상의 글러브 박스(GB)들이 장비된다.
[0052] 도 15를 다시 참조하면, 팩토리(1500)는 또한 급속 열 프로세싱을 위한 제 3 프로세스 툴(1506), 플라즈마 강화 물리 기상 증착(PECVD)에 의해 층들을 증착하기 위한 제 4 프로세스 툴(1508), 반응성 이온 식각을 수행하기 위한 제 5 프로세스 툴(1510), 및 폴리머 층들과 같은, 박막 배터리들을 위한 특별 층들을 증착하기 위한 제 6 프로세스 툴(1512)을 포함한다. 일 실시예에서, 도 15에 도시된 바와 같이, 제 4 프로세스 툴(1508)은 특별 프로세싱 요구들을 위해 글러브 박스(GB)에 결합된다.
[0053] 도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른, 단일 마스크 통합 프로세스를 이용하는, 높은 처리량을 위해 설계된 인라인 대면적 코터 박막 배터리 제조 팩토리의 블록도를 도시한다.
[0054] 도 16을 참조하면, 단일 마스크 통합 프로세스를 이용하여 박막 배터리를 제조하기 위한, 높은 처리량을 위해 설계된 팩토리(1600)는 전해질 및 리튬 기반 층들을 증착하기 위한 제 1 프로세스 툴(1602)을 포함한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 도 16에 도시된 바와 같이, 제 1 프로세스 툴(1602)은 복수의 전해질 증착 챔버들(1604), 하나 또는 둘 이상의 금속 증착 챔버들(1606) 및 하나 또는 둘 이상의 리튬 증착 챔버들(1608)을 포함한다. 팩토리(1600)는 또한 캐소드 층들을 증착하기 위한 제 2 프로세스 툴(1610)을 포함한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 도 16에 도시된 바와 같이, 제 2 프로세스 툴(1610)은 복수의 캐소드 증착 챔버들(1612)을 포함한다. 팩토리(1600)는 또한, 박막 배터리에 대한 컨택들을 형성하는 데에 이용하기 위해 금속 또는 반도체 층들을 증착하기 위한 제 3 프로세스 툴(1614)을 포함한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 도 16에 도시된 바와 같이, 제 3 프로세스 툴(1614)은, 티타늄(TI), 알루미늄(Al) 및 금/백금(Au/Pt) 증착 챔버들과 같은 복수의 금속 챔버들(1616)을 포함한다. 일 실시예에서, 팩토리(1600)는 또한 박막 배터리들의 제조에서의 다양한 프로세스 공정들을 수행하기 위한 프로세스 툴들(1618, 1620, 1622, 1624 및 1626)의 부가적인 그룹(grouping)들을 포함한다. 일 실시예에서, 도 16에 도시된 바와 같이, 주변 툴들의 그룹은 급속 열 프로세싱을 위해 구성된 프로세스 툴(1618), 폴리머 층들의 증착을 위해 구성된 프로세스 툴(1620), 및 식각, 세정 및 스트리핑 공정들을 위해 구성된 프로세스 툴(1622)을 포함한다. 일 실시예에서, 도 16에 도시된 바와 같이, 패터닝 툴들의 그룹은 리소그래피 노광을 위해 구성된 프로세스 툴(1624) 및 레이저 스크라이빙을 위해 구성된 프로세스 툴(1626)을 포함한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 팩토리(1600)는, 마스크 이용 통합 계획과 무마스크 통합 계획 간의 하이브리드(hybrid)인 통합 프로세스를 수행하는 데에 이용될 수 있다. 이러한 특정한 팩토리는 LiCoO2-Li 셀들을 위한 것일 수 있다. 다른 타입들의 캐소드-애노드 쌍 및 프로세스 통합 흐름들에 대한 유사한 구성이 유사한 개념들을 이용하여 도출될 수 있다.
[0055] 따라서, 본 발명의 하나 또는 둘 이상의 실시예들에서는, 리튬 기반의 박막 배터리를 제조하기 위한 팩토리 레이아웃(factory layout)이 제공된다. 상기 팩토리 레이아웃은 금속 또는 반도체 층들을 증착하기 위한 제 1 프로세스 툴, 활성 층들을 증착하기 위한 제 2 프로세스 툴, 급속 열 프로세싱을 위한 제 3 프로세스 툴, 유전체 층들을 증착하기 위한 제 4 프로세스 툴, 반응성 이온 식각을 수행하기 위한 제 5 프로세스 툴, 및 박막 배터리들에 대한 특별 층들을 증착하기 위한 제 6 프로세스 툴을 포함한다.
[0056] 일 실시예에서, 제 6 프로세스 툴은 동일 프로세스 툴에서 리튬 또는 리튬 함유 층과 보호 코팅 모두를 증착하도록 구성된다. 일 특정 실시예에서, 리튬 층은 리튬 애노드 층이고, 보호 코팅은 폴리머 층이다. 일 실시예에서, 제 1 프로세스 툴은 제 1 리튬 챔버를 포함하고, 제 2 프로세스 툴은 제 2 리튬 챔버를 포함한다. 일 특정 실시예에서, 제 6 프로세스 툴은 폴리머 층을 증착하도록 구성된다. 일 특정 실시예에서, 팩토리 레이아웃은 리소그래피 노광 및 레지스트 스트립 공정들을 위해 구성된 제 7 프로세스 툴 세트, 식각 및 세정 공정들을 위해 구성된 제 8 프로세스 툴 세트, 및 박막 배터리들이 상부에 제조되는 웨이퍼들 또는 기판들의 레이저 스크라이빙을 위해 구성된 제 9 프로세스 툴을 더 포함한다. 일 실시예에서, 제 2 프로세스 툴은 캐소드 층들을 증착하기 위한 제 1 클러스터 툴, 전해질 층들을 증착하기 위한 제 2 클러스터 툴, 및 리튬 증발 툴을 포함하는데, 리튬 증발 툴은 이러한 리튬 증발 툴을 제 1 클러스터 툴 및 제 2 클러스터 툴에 결합하는 하나 또는 둘 이상의 글러브 박스들을 포함한다. 일 실시예에서, 리튬 기반의 박막 배터리 제조는 마스크 이용 통합 계획을 포함한다. 일 실시예에서, 리튬 기반의 박막 배터리 제조는 무마스크 통합 계획을 포함한다.
[0057] 본 발명의 하나 또는 둘 이상의 다른 실시예들에서는, 리튬 기반의 박막 배터리를 제조하기 위한 다른 팩토리 레이아웃이 제공된다. 상기 팩토리 레이아웃은 활성 층들을 증착하기 위한 제 1 프로세스 툴 및 금속 또는 반도체 층들을 증착하기 위한 제 2 프로세스 툴을 포함하며, 여기서 제 1 프로세스 툴은 인라인 프로세스 툴이다.
[0058] 일 실시예에서, 제 1 프로세스 툴은 복수의 리튬 증착 챔버들을 포함한다. 일 특정 실시예에서, 팩토리 레이아웃은 급속 열 프로세싱을 위해 구성된 제 3 프로세스 툴, 폴리머 층의 증착을 위해 구성된 제 4 프로세스 툴, 리소그래피 노광 및 레지스트 스트립 공정들을 위해 구성된 제 5 프로세스 툴 세트, 식각 및 세정 공정들을 위해 구성된 제 6 프로세스 툴 세트, 및 박막 배터리들이 상부에 제조되는 웨이퍼들의 레이저 스크라이빙을 위해 구성된 제 7 프로세스 툴을 더 포함한다. 일 실시예에서, 제 1 프로세스 툴은 전해질 및 애노드 층들을 증착하도록 구성되며, 제 2 프로세스 툴은 인라인 프로세스 툴이다. 팩토리 레이아웃은 캐소드 층들을 증착하도록 구성된 제 3 프로세스 툴을 더 포함하며, 여기서 제 3 프로세스 툴은 인라인 프로세스 툴이다. 일 특정 실시예에서, 제 2 프로세스 툴은 복수의 리튬 증착 챔버들을 포함하며, 그리고 팩토리 레이아웃은 급속 열 프로세싱을 위해 구성된 제 4 프로세스 툴, 폴리머 층의 증착을 위해 구성된 제 5 프로세스 툴, 리소그래피 노광 및 레지스트 스트립 공정들을 위해 구성된 제 6 프로세스 툴, 식각 및 세정 공정들을 위해 구성된 제 7 프로세스 툴, 레이저 어블레이션을 위해 구성된 제 8 프로세스 툴, 및 유전체 층들을 증착하도록 구성된 제 9 프로세스 툴을 더 포함한다. 일 실시예에서, 제 2 프로세스 툴은 클러스터 프로세스 툴이다. 일 특정 실시예에서, 제 2 프로세스 툴은 리튬 또는 리튬 함유 층을 증착하도록 구성된 챔버를 포함한다. 일 실시예에서, 제 2 프로세스 툴은 인라인 프로세스 툴이며, 제 1 프로세스 툴에 직접 결합된다. 팩토리 레이아웃은 보호 코팅 층들을 증착하기 위한 제 3 프로세스 툴을 더 포함하며, 여기서 제 3 프로세스 툴은 인라인 프로세스 툴이다. 일 실시예에서, 제 1 프로세스 툴은 캐소드 층들을 증착하도록 구성되고, 제 2 프로세스 툴은 인라인 프로세스 툴이고 컨택 층들을 증착하도록 구성되며, 그리고 팩토리 레이아웃은 전해질 및 리튬 또는 리튬 함유 층들을 증착하기 위한 제 3 프로세스 툴을 더 포함하고, 여기서 제 3 프로세스 툴은 인라인 프로세스 툴이다. 일 실시예에서, 리튬 기반의 박막 배터리 제조는 마스크 이용 통합 계획을 포함한다. 일 실시예에서, 리튬 기반의 박막 배터리 제조는 무마스크 통합 계획을 포함한다.
[0059] 이와 같이, 박막 배터리를 제조하기 위한 방법들 및 팩토리들이 개시되었다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 방법은 박막 배터리를 제조하기 위한 공정들을 포함한다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 팩토리는 박막 배터리를 제조하기 위한 하나 또는 둘 이상의 툴 세트들을 포함한다.

Claims (19)

  1. 리튬 기반의 박막 배터리를 제조하기 위한 팩토리 레이아웃(factory layout)으로서,
    금속 또는 반도체 층들을 증착하기 위한 제 1 프로세스 툴;
    활성 층들을 증착하기 위한 제 2 프로세스 툴;
    급속 열 프로세싱을 위한 제 3 프로세스 툴;
    유전체 층들을 증착하기 위한 제 4 프로세스 툴;
    반응성 이온 식각을 수행하기 위한 제 5 프로세스 툴; 및
    박막 배터리들에 대한 특별 층들(specialty layers)을 증착하기 위한 제 6 프로세스 툴을 포함하며,
    상기 제 2 프로세스 툴은,
    캐소드 층들의 증착을 위한 제 1 클러스터 툴(cluster tool);
    전해질 층들의 증착을 위한 제 2 클러스터 툴; 및
    하나 또는 그 초과의 글러브 박스(glovebox)들을 포함하는 리튬 증발 툴(lithium evaporation tool) ― 상기 하나 또는 그 초과의 글러브 박스들은 상기 리튬 증발 툴을 상기 제 1 클러스터 툴 및 상기 제 2 클러스터 툴에 결합함 ―
    을 포함하는,
    리튬 기반의 박막 배터리를 제조하기 위한 팩토리 레이아웃.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 6 프로세스 툴은 동일 프로세스 툴에서 리튬 층 또는 리튬 함유 층(lithium-containing layer)과 보호 코팅(protective coating) 모두의 증착을 위해 구성되는,
    리튬 기반의 박막 배터리를 제조하기 위한 팩토리 레이아웃.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 리튬 층은 리튬 애노드 층이고, 상기 보호 코팅은 폴리머 층인,
    리튬 기반의 박막 배터리를 제조하기 위한 팩토리 레이아웃.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 프로세스 툴은 상기 제 2 프로세스 툴의 상기 리튬 증발 툴과 상이한 리튬 챔버를 포함하는,
    리튬 기반의 박막 배터리를 제조하기 위한 팩토리 레이아웃.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 6 프로세스 툴은 폴리머 층의 증착을 위해 구성되는,
    리튬 기반의 박막 배터리를 제조하기 위한 팩토리 레이아웃.
  6. 제 5 항에 있어서,
    리소그래피 노광 및 레지스트 스트립(resist strip) 공정들을 위해 구성되는 제 7 프로세스 툴 세트;
    식각 및 세정 공정들을 위해 구성되는 제 8 프로세스 툴 세트; 및
    박막 배터리들이 상부에 제조된 웨이퍼들 또는 기판들의 레이저 스크라이빙(laser scribing)을 위해 구성되는 제 9 프로세스 툴
    을 더 포함하는,
    리튬 기반의 박막 배터리를 제조하기 위한 팩토리 레이아웃.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 리튬 기반의 박막 배터리의 제조는 마스크 이용 통합 계획(masked integration scheme)을 포함하는,
    리튬 기반의 박막 배터리를 제조하기 위한 팩토리 레이아웃.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 리튬 기반의 박막 배터리의 제조는 무마스크 통합 계획(mask-less integration scheme)을 포함하는,
    리튬 기반의 박막 배터리를 제조하기 위한 팩토리 레이아웃.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 리튬 증발 툴은 상기 제 1 클러스터 툴과 상기 제 2 클러스터 툴 사이에 배치되고, 상기 하나 또는 그 초과의 글러브 박스들은 둘 또는 그 초과의 글러브 박스들이며, 상기 둘 또는 그 초과의 글러브 박스들 중에서 제 1 글러브 박스는 상기 제 1 클러스터 툴을 상기 리튬 증발 툴에 결합하고, 그리고 상기 둘 또는 그 초과의 글러브 박스들 중에서 제 2 글러브 박스는 상기 제 1 클러스터 툴을 상기 리튬 증발 툴에 결합하는,
    리튬 기반의 박막 배터리를 제조하기 위한 팩토리 레이아웃.
  10. 리튬 기반의 박막 배터리를 제조하기 위한 팩토리 레이아웃으로서,
    금속 또는 반도체 층들을 증착하기 위한 제 1 프로세스 툴;
    활성 층들을 증착하기 위한 제 2 프로세스 툴;
    급속 열 프로세싱을 위한 제 3 프로세스 툴;
    유전체 층들을 증착하기 위한 제 4 프로세스 툴;
    반응성 이온 식각을 수행하기 위한 제 5 프로세스 툴; 및
    박막 배터리들에 대한 특별 층들을 증착하기 위한 제 6 프로세스 툴을 포함하며,
    상기 제 2 프로세스 툴은,
    캐소드 층들의 증착을 위한 제 1 클러스터 툴;
    전해질 층들의 증착을 위한 제 2 클러스터 툴; 및
    상기 제 1 클러스터 툴과 상기 제 2 클러스터 툴 사이에 배치되는 리튬 증발 툴을 포함하고, 제 1 글러브 박스가 상기 제 1 클러스터 툴을 상기 리튬 증발 툴에 결합하고, 제 2 글러브 박스가 상기 제 1 클러스터 툴을 상기 리튬 증발 툴에 결합하는,
    리튬 기반의 박막 배터리를 제조하기 위한 팩토리 레이아웃.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 6 프로세스 툴은 동일 프로세스 툴에서 리튬 또는 리튬 함유 층과 보호 코팅 모두의 증착을 위해 구성되는,
    리튬 기반의 박막 배터리를 제조하기 위한 팩토리 레이아웃.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 리튬 층은 리튬 애노드 층이고, 상기 보호 코팅은 폴리머 층인,
    리튬 기반의 박막 배터리를 제조하기 위한 팩토리 레이아웃.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 프로세스 툴은 상기 제 2 프로세스 툴의 상기 리튬 증발 툴과 상이한 리튬 챔버를 포함하는,
    리튬 기반의 박막 배터리를 제조하기 위한 팩토리 레이아웃.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 6 프로세스 툴은 폴리머 층의 증착을 위해 구성되는,
    리튬 기반의 박막 배터리를 제조하기 위한 팩토리 레이아웃.
  15. 제 14 항에 있어서,
    리소그래피 노광 및 레지스트 스트립 공정들을 위해 구성되는 제 7 프로세스 툴 세트;
    식각 및 세정 공정들을 위해 구성되는 제 8 프로세스 툴 세트; 및
    박막 배터리들이 상부에 제조된 웨이퍼들 또는 기판들의 레이저 스크라이빙을 위해 구성되는 제 9 프로세스 툴
    을 더 포함하는,
    리튬 기반의 박막 배터리를 제조하기 위한 팩토리 레이아웃.
  16. 제 10 항에 있어서,
    상기 리튬 기반의 박막 배터리의 제조는 마스크 이용 통합 계획을 포함하는,
    리튬 기반의 박막 배터리를 제조하기 위한 팩토리 레이아웃.
  17. 제 10 항에 있어서,
    상기 리튬 기반의 박막 배터리의 제조는 무마스크 통합 계획을 포함하는,
    리튬 기반의 박막 배터리를 제조하기 위한 팩토리 레이아웃.
  18. 리튬 기반의 박막 배터리를 제조하기 위한 프로세스 툴로서,
    캐소드 층들의 증착을 위한 제 1 클러스터 툴;
    전해질 층들의 증착을 위한 제 2 클러스터 툴; 및
    하나 또는 그 초과의 글러브 박스들을 포함하는 리튬 증발 툴 － 상기 하나 또는 그 초과의 글러브 박스들은 상기 리튬 증발 툴을 상기 제 1 클러스터 툴 및 상기 제 2 클러스터 툴에 결합함 －
    을 포함하는,
    리튬 기반의 박막 배터리를 제조하기 위한 프로세스 툴.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 리튬 증발 툴은 상기 제 1 클러스터 툴과 상기 제 2 클러스터 툴 사이에 배치되고, 상기 하나 또는 그 초과의 글러브 박스들은 둘 또는 그 초과의 글러브 박스들이며, 상기 둘 또는 그 초과의 글러브 박스들 중에서 제 1 글러브 박스는 상기 제 1 클러스터 툴을 상기 리튬 증발 툴에 결합하고, 그리고 상기 둘 또는 그 초과의 글러브 박스들 중에서 제 2 글러브 박스는 상기 제 1 클러스터 툴을 상기 리튬 증발 툴에 결합하는,
    리튬 기반의 박막 배터리를 제조하기 위한 프로세스 툴.
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