KR20170048557A - 레이저 패터닝된 박막 배터리 - Google Patents

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다오잉 송
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Abstract

박막 배터리는 캐소드 전류 콜렉터 층, 애노드 전류 콜렉터 층, 캐소드 층, 전해질 층, 및 애노드 층을 갖는 기판을 포함할 수 있으며, 여기에서, 애노드 전류 콜렉터의 애노드 접촉 영역의 부분은 애노드 층에 의해 덮이지 않고, 여기에서, 애노드 층의 레이저 커팅된 에지로부터, 캐소드 전류 콜렉터의 접촉 영역에 인접한 캐소드 층의 레이저 커팅된 에지를 전기적으로 격리시키기 위한, 전해질 층에서의 전기 절연성 버퍼 영역은 애노드 층에 의해 덮이지 않고, 전기 절연성 버퍼 영역은 애노드 층과 캐소드 전류 콜렉터 층의 접촉 영역 사이에 있다. 박막 배터리들을 형성하기 위한 방법들 및 장치가 또한 본원에서 설명된다.

Description

레이저 패터닝된 박막 배터리{LASER PATTERNED THIN FILM BATTERY}
관련 출원들의 상호-참조
[0001] 본원은 2014년 9월 4일자로 출원된 미국 가 출원 번호 제 62/046,051 호에 대해 우선권을 주장한다.
분야
[0002] 본 개시내용의 실시예들은 일반적으로, 전기화학 디바이스들 및 그러한 전기화학 디바이스들을 제조하는 방법들에 관한 것이고, 더 구체적으로, 배타적이지 않게, 레이저 패터닝된 박막 배터리들에 관한 것이다.
[0003] 박막 배터리들(TFB들)은 전류 콜렉터들, 캐소드(양의 전극), 고체 상태 전해질, 및 애노드(음의 전극)를 포함하는 층들의 박막 스택을 포함할 수 있다. TFB들은, 이들의 탁월한 특성들로 인해, 다음 수년 내에 μ-에너지 애플리케이션 스페이스를 장악할 것으로 예상되었다. 그러나, TFB들의 비용 효과적인 대량 제조(high volume manufacturing; HVM)를 허용하기 위해 아직 극복될 필요가 있는 난제들이 존재한다. 가장 결정적으로, 디바이스 층들의 증착 동안에 사용되는 현재의 최첨단 TFB 디바이스 패터닝 기술, 즉, 섀도 마스크들에 대한 대안이 요구된다. HVM에서 섀도 마스크 프로세스들을 사용하는 것과 연관된 상당한 복잡성 및 비용이 존재하고: (1) 특히 대면적 기판들의 경우에, 마스크들을 관리, 정밀 정렬, 및 세정하기 위한 장비에 상당한 자본 투자가 요구되고; (2) 섀도 마스크 에지들 하에서 증착을 수용해야만 하기 때문에, 기판 면적의 활용이 낮고; 그리고 (3) 열 팽창에 의해 유발되는 정렬 문제들을 피하기 위해, PVD 프로세스들에 대한 제약들 ― 낮은 전력 및 온도 ― 이 존재한다.
[0004] 섀도 마스크들을 대체하기 위한 일반적인 접근법들 중 하나는 리소그래피 기술을 사용하는 것이지만, 이는 비용을 상당히 증가시킬 뿐만 아니라, TFB 제작 흐름들에 바람직하지 않은 습식 케미스트리들을 가져오고, TFB 층 재료들과 리소그래피 화학물질들, 습식 화학물질들, 및 에칭 및 건식-애싱 프로세스들 사이의 화학적 및 물리적 상호작용으로부터 가능한 층 및 디바이스 성능 저하를 초래한다.
[0005] 명확하게, 간략화되고 더 HVM-양립가능한 TFB 프로세스 기술들을 가능하게 함으로써 TFB들의 HVM의 비용을 상당히 감소시킬 수 있는 TFB 구조들 및 제조 방법에 대한 필요성이 존재한다.
[0006] 본 개시내용의 몇몇 실시예들은 박막 배터리들(TFB들)과 같은 전기 화학 디바이스들, 그러한 전기화학 디바이스들을 제조하는 방법들, 및 그러한 방법들을 수행하도록 구성된 툴들에 관한 것이다.
[0007] 몇몇 실시예들에 따르면, 박막 배터리는, 기판; 기판 상의 캐소드 전류 콜렉터 층 및 애노드 전류 콜렉터 층 ― 캐소드 전류 콜렉터 층 및 애노드 전류 콜렉터 층은 서로 전기적으로 격리됨 ―; 캐소드 전류 콜렉터 층 상의 캐소드 층 ― 캐소드 전류 콜렉터 층의 접촉 영역은 캐소드 층에 의해 덮이지 않음 ―; 캐소드 층의 상단 표면을 완전히 덮고, 애노드 전류 콜렉터 층의 부분을 덮는 전해질 층 ― 애노드 전류 콜렉터의 덮이지 않은 부분은 애노드 전류 콜렉터의 접촉 영역임 ―; 전해질 층 및 애노드 전류 콜렉터 상의 애노드 층을 포함할 수 있으며, 여기에서, 애노드 전류 콜렉터의 애노드 접촉 영역의 부분은 애노드 층에 의해 덮이지 않고, 여기에서, 애노드 층의 에지로부터, 캐소드 전류 콜렉터의 접촉 영역에 인접한 캐소드 층의 에지를 전기적으로 격리시키기 위한, 전해질 층에서의 전기 절연성 버퍼 영역은 애노드 층에 의해 덮이지 않고, 전기 절연성 버퍼 영역은 애노드 층과 캐소드 전류 콜렉터 층의 접촉 영역 사이에 있다.
[0008] 몇몇 실시예들에 따르면, 박막 배터리들을 제조하는 방법은, 기판 상에 전류 콜렉터 층 및 캐소드 층을 블랭킷(blanket) 증착하는 단계; 전류 콜렉터 층 및 캐소드 층을 레이저 다이 패터닝하여, 캐소드 전류 콜렉터 및 애노드 전류 콜렉터를 형성하고, 캐소드 층의 부분들을 레이저 어블레이팅(ablating)하여, 캐소드 전류 콜렉터의 접촉 영역을 드러내고(reveal), 애노드 전류 콜렉터 전부를 노출시킴으로써, 제 1 패터닝된 스택을 형성하는 단계; 제 1 패터닝된 스택 위에 전해질 층을 블랭킷 증착하는 단계; 전해질 층의 부분을 레이저 어블레이팅하여, 애노드 전류 콜렉터의 접촉 영역을 노출시킴으로써, 제 2 패터닝된 스택을 형성하는 단계; 제 2 패터닝된 스택 위에 애노드 층 및 초기 보호 층을 블랭킷 증착하는 단계; 전류 콜렉터 층 및 캐소드 층의 레이저 다이 패터닝의 다이 패턴 내에서 전해질, 애노드, 및 초기 보호 층들을 레이저 다이 패터닝하는 단계; 초기 보호, 애노드, 및 전해질 층들의 부분들을 레이저 어블레이팅하여, 캐소드 전류 콜렉터의 접촉 영역을 드러내고, 초기 보호 층, 애노드 층, 및 전해질 층의 두께의 부분을 레이저 어블레이팅하여, 전해질 층에서의 전기 절연성 버퍼 영역을 형성함으로써, 패터닝된 애노드의 레이저 커팅된 에지로부터, 캐소드 전류 콜렉터의 접촉 영역에 인접한 캐소드 층의 레이저 커팅된 에지를 전기적으로 격리시키고, 전해질 층 및 초기 보호 층의 부분을 레이저 어블레이팅하여, 애노드 전류 콜렉터의 접촉 영역을 드러냄으로써, 제 3 디바이스 스택을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
[0009] 몇몇 실시예들에 따르면, 기판 상에 박막 배터리들을 제조하기 위한 장치는, 기판 상에 전류 콜렉터 층 및 캐소드 층을 블랭킷 증착하고, 전류 콜렉터 층 및 캐소드 층을 레이저 다이 패터닝하여, 캐소드 전류 콜렉터 및 애노드 전류 콜렉터를 형성하고, 캐소드 층의 부분들을 레이저 어블레이팅하여, 캐소드 전류 콜렉터의 접촉 영역을 드러내고, 애노드 전류 콜렉터 전부를 노출시킴으로써, 제 1 패터닝된 스택을 형성하기 위한 제 1 시스템; 제 1 패터닝된 스택 위에 전해질 층을 블랭킷 증착하고, 전해질 층의 부분을 레이저 어블레이팅하여, 애노드 전류 콜렉터의 접촉 영역을 노출시키기 위한 제 2 시스템; 제 2 패터닝된 스택 위에 애노드 층 및 초기 보호 층을 블랭킷 증착하고, 전류 콜렉터 층 및 캐소드 층의 레이저 다이 패터닝의 다이 패턴 내에서 전해질, 애노드, 및 초기 보호 층들을 레이저 다이 패터닝하고, 초기 보호, 애노드, 및 전해질 층들의 부분들을 레이저 어블레이팅하여, 캐소드 전류 콜렉터의 접촉 영역을 드러내고, 초기 보호 층, 애노드 층, 및 전해질 층의 두께의 부분을 레이저 어블레이팅하여, 전해질 층에서의 전기 절연성 버퍼 영역을 형성함으로써, 패터닝된 애노드의 레이저 커팅된 에지로부터, 캐소드 전류 콜렉터의 접촉 영역에 인접한 캐소드 층의 레이저 커팅된 에지를 전기적으로 격리시키고, 전해질 층 및 초기 보호 층의 부분을 레이저 어블레이팅하여, 애노드 전류 콜렉터의 접촉 영역을 드러냄으로써, 제 3 디바이스 스택을 형성하기 위한 제 3 시스템을 포함할 수 있다.
[0010] 본 개시내용의 이러한 그리고 다른 양상들 및 특징들은 첨부 도면들과 함께 특정한 실시예들의 다음의 설명의 검토 시에 당업자에게 명백하게 될 것이다.
[0011] 도 1은 박막 배터리를 위한 디바이스 층들의 스택의 단면 표현이다.
[0012] 도 2는 종래의 레이저 다이 패터닝 후의 도 1의 박막 배터리의 단면 표현이다.
[0013] 도 3은 디바이스-측 전기 접촉을 만들기 위해 캐소드 전류 콜렉터를 드러내기 위한 종래의 레이저 프로세스 후의 도 2의 박막 배터리의 단면 표현이다.
[0014] 도 4 내지 도 9는 몇몇 실시예들에 따른, 비-전도성 기판을 갖는 TFB의 제작을 위한 제 1 프로세스 흐름에서의 순차적인 단계들의 단면 표현들이다.
[0015] 도 10 내지 도 15는 추가적인 실시예들에 따른, 비-전도성 기판을 갖는 TFB의 제작을 위한 제 2 프로세스 흐름에서의 순차적인 단계들의 단면 표현들이다.
[0016] 도 16 내지 도 21은 몇몇 실시예들에 따른, 전도성 기판을 갖는 TFB의 제작을 위한 프로세스 흐름에서의 순차적인 단계들의 단면 표현들이다.
[0017] 도 22는 몇몇 실시예들에 따른, TFB 풋프린트(디바이스 영역)의 90 %를 초과하는 캐소드 영역들을 갖는 TFB들을 도시하고, 도 4 내지 도 9 및 도 10 내지 도 15의 프로세스 흐름들에 대응하는 예시적인 TFB 구성을 도시하는 다이싱 전의 12개의 TFB들을 갖는 기판의 평면도이다.
[0018] 도 23은 LiPON 재료의 광학 상수들의 플롯이다.
[0019] 도 24a 및 도 24b는 각각, 248 nm 레이저에 의한 1.5 미크론의 LiPON, 및 513 fs 레이저에 의한 0.7/1.8 미크론의 Cu/LiPON의 어블레이션(ablation)에 대한 레이저 플루엔스(fluence)의 함수로서의 어블레이션 깊이의 플롯들이다.
[0020] 도 25는 몇몇 실시예들에 따른 선택적인 레이저 패터닝 툴의 개략도이다.
[0021] 도 26은 몇몇 실시예들에 따른, TFB 제작을 위한 박막 증착 클러스터 툴의 개략적인 예시이다.
[0022] 도 27은 몇몇 실시예들에 따른, TFB 제작을 위한 다수의 인-라인 툴들을 갖는 박막 증착 시스템의 표현이다.
[0023] 도 28은 몇몇 실시예들에 따른, TFB 제작을 위한 인-라인 증착 툴의 표현이다.
[0024] 도 29 내지 도 36은 몇몇 실시예들에 따른, 비-전도성 기판을 갖는 TFB의 제작을 위한 제 3 프로세스 흐름에서의 순차적인 단계들의 단면 표현들이다.
[0025] 도 37은 몇몇 실시예들에 따른, 도 29 내지 도 36의 프로세스 흐름에 대응하는 예시적인 TFB 구성을 도시하는, 다이싱 전의 12개의 동일 평면 상의 TFB들을 갖는 기판의 평면도이다.
[0026] 도 38은 몇몇 실시예들에 따른, 도 16 내지 도 21의 프로세스 흐름에 대응하는 예시적인 TFB 구성을 도시하는, 다이싱 전의 12개의 TFB들을 갖는 기판의 평면도이다.
[0027] 이제, 본 개시내용의 실시예들이, 당업자로 하여금 본 개시내용을 실시할 수 있게 하기 위해 본 개시내용의 예시적인 예들로서 제공되는 도면들을 참조하여 상세히 설명될 것이다. 특히, 도면들 및 아래의 예들은 단일 실시예로 본 개시내용의 범위를 제한하도록 의도되지 않고, 설명되는 또는 예시되는 엘리먼트들 중 일부 또는 전부의 교환을 통해 다른 실시예들이 가능하다. 더욱이, 본 개시내용의 특정한 실시예들이 알려진 컴포넌트들을 사용하여 부분적으로 또는 완전히 구현될 수 있는 경우에, 본 개시내용의 이해를 위해 필요한 그러한 알려진 컴포넌트들의 부분들만이 설명될 것이고, 그러한 알려진 컴포넌트들의 다른 부분들의 상세한 설명들은 본 개시내용을 불명료히 하지 않기 위해 생략될 것이다. 본 개시내용에서, 단수형 컴포넌트를 나타내는 실시예가 제한적인 것으로 고려되지 않아야 하고; 그보다는, 본원에서 다르게 명시적으로 언급되지 않는 한, 본 개시내용은 복수의 동일한 컴포넌트를 포함하는 다른 실시예들을 포함하도록 의도되며, 그 반대도 마찬가지이다. 더욱이, 그와 같이 명시적으로 설명되지 않는 한, 본 개시내용의 임의의 용어에 일반적이지 않은 또는 특수한 의미가 부여되도록 의도되지 않는다. 추가로, 본 개시내용은 예시를 통해 본원에서 언급된 알려진 컴포넌트들에 대한 현재의 및 향후의 알려진 동등물들을 포함한다.
[0028] 도 1은 블랭킷 증착된, 전류 콜렉터 층(102)(예컨대, Ti/Au), 캐소드 층(103)(예컨대, LiCoO2), 전해질 층(104)(예컨대, LiPON), 애노드 층(105)(예컨대, Li, Si), 및 ACC/초기 보호 층(106)(예컨대, Cu, Ti/Cu)을 포함하는, 기판(101) 상에 형성된 TFB를 위한 디바이스 층들의 종래의 스택을 도시한다. 종래의 프로세스들에 따르면, 그 후에, 도 1의 스택은 도 2에서 도시된 구조를 형성하기 위해 레이저 다이-패터닝을 받고, 여기에서, 층들(202 내지 206)은 각각 층들(102 내지 106)의 패터닝된 동등물들이다. 그러나, 도 2에서 표시된 바와 같이, 레이저 다이 패터닝된 측벽을 따라 캐소드/CCC(202/203)와 애노드/ACC(205/206) 사이에서 전기적 단락 경로(electrical shorting path)들(210)을 가질 높은 확률이 존재하고, 이는 제조 수율들에 크게 영향을 미친다. 다음으로, 종래의 프로세스들에 따르면, 스택은 도 3에서 도시된 바와 같이 전기 접촉을 만들기 위해 CCC 층(302)을 노출시키도록 추가로 프로세싱되고, 여기에서, 층들(302 내지 306)은 각각 층들(202 내지 206)의 패터닝된 동등물들이고; 이러한 프로세스는 CCC 층(302)에 이르기 까지 스택을 제거하여 스텝을 형성하기 위해, 플루엔스 및 샷들의 수(영역 레이저)/스캔 속력들(스폿 레이저)을 제어함으로써, 제어되는 레이저 노출을 활용한다. 전술한 가능한 단락 문제들에 추가로, 이제, 도 3에서 표시된 바와 같이, 마찬가지로, CCC 패터닝 측벽을 따라 캐소드/CCC(302/303)와 애노드/ACC(305/306) 사이에서 단락 경로들을 가질 높은 확률이 존재하고, 이는 또한, 제조 수율에 크게 영향을 미친다.
[0029] 도 1 내지 도 3을 참조하여 위에서 설명된 바와 같이, 일-단계 레이저 다이 패터닝 프로세스는 캐소드/CCC와 애노드/ACC의 측벽을 따르는 전기적 단락 경로들을 생성하는 경향을 갖고, 배터리 성능 및 수율을 극적으로 감소시킨다. 그러나, 본원에서의 실시예들에서 개시되는 바와 같은 이-단계 레이저 다이 패터닝을 사용함으로써, 캐소드/CCC와 애노드/ACC의 측벽을 따르는 전기적 단락 경로들이 생성될 가능성이 낮게 되고, 이는, 캐소드/CCC가 제 1 다이 패터닝 프로세스 동안에 이미 제거되었고, 애노드/ACC가 패터닝되는 제 2 다이 패터닝 프로세스 동안에 어블레이팅되지 않기 때문이다. 이는 제조 수율을 크게 증가시키고, 레이저 다이 패터닝 프로세스로부터 유래하는 배터리 누설을 감소시킨다. 레이저 어블레이션에 의한 CCC 층 노출/드러내기 프로세스에 관하여, CCC 접촉 영역을 노출/드러내기 위해, ACC, 애노드, 및 전해질 층들이 완전히 제거된다. 일반적으로, ACC 및 애노드 층들은 전도성 또는 반-전도성 재료들이고, 어블레이션 프로세스를 위해 펨토초 레이저들이 사용되는 경우에도, 이러한 층들의 특정한 잔여물들이 어블레이션 영역에서의 표면들 상에 남게 된다. 이러한 ACC 및 애노드 잔여물들은 레이저-커팅된 측벽을 따라 ACC/애노드로부터 캐소드/CCC로의 전기적 단락 경로들을 생성할 가능성이 있다. 그러나, 레이저 어블레이션 프로세스가 절연성 전해질 층의 두께를 통하는 도중에 중단되는 좁은 버퍼 영역을 TFB 디바이스 레이아웃에 포함시킴으로써, CCC/캐소드와 애노드/ACC 사이의 전기적 단락의 가능성이 상당히 감소되거나 또는 심지어 제거되고, 그에 따라, 레이저 어블레이션 패터닝 프로세스들에 의한 TFB 디바이스들의 제작이 제조를 위해 실행가능한 계획이 되게 한다. TFB들의 블랭킷 증착들 및 엑스 시튜 레이저 패터닝은 실제로, 패턴 정확도, 수율들, 및 기판/재료 사용들을 개선하고, TFB들의 제조 비용들을 감소시킬 큰 가능성을 갖는다.
[0030] 더 상세히, 본 개시내용의 TFB들의 몇몇 실시예들은 위에서 설명된 종래 기술 디바이스들의 단점들을 피하는 제작 프로세스들을 갖고, 그러한 프로세스들은, 레이저-커팅된 측벽을 따르는 CCC/캐소드와 애노드/ACC 사이에서의 전기적 단락 경로들을 형성할 가능성을 상당히 감소시키는 이-단계 다이 패터닝 프로세스 ― 이-단계 프로세스는, CCC 및 캐소드 증착들 후에 수행되는 제 1 다이 패터닝 프로세스, 및 모든 활성 층 증착들이 완료된 후에, 제 1 다이 패터닝 영역 내부에서 수행되는 제 2 다이 패터닝 프로세스를 포함함 ― 를 포함하고; 그리고 특정한 실시예들에서, 레이저 커팅된 에지들이 매우 근접한 경우에, 패터닝된 애노드/ACC의 레이저 커팅된 에지로부터, 패터닝된 CCC/캐소드의 레이저 커팅된 에지를 전기적으로 격리시키는 (레이저 커팅된 측벽을 따르는 CCC/캐소드와 애노드/ACC 사이에서의 전기적 단락의 가능성을 상당히 감소시키는) 전기 절연성 전해질 버퍼를 생성하기 위해, 나노초/피코초 레이저들 또는 펨토초 레이저들(모든 이러한 레이저들에 대한 UV 파장들을 포함함)의 사용을 또한 포함할 수 있다. 게다가, 몇몇 실시예들에서, 다이 패터닝 프로세스는, 캐소드가 어닐링되기 전에, 캐소드 층이 패터닝되게 ― 아래의 CCC를 드러내도록 제거되게 ― 허용하도록 구성될 수 있다. (600 ℃ 초과에서의) 고온 어닐링 후에, CCC 재료들 ― 전형적으로 Ti 및 Au ― 이 함께 혼합/합금되는 경향을 갖고, 이는 기판에 대한 CCC의 접착을 약화시킬 뿐만 아니라, 레이저 어블레이션 프로세스를 위해 사용되는 레이저 파장들에서 광학 반사율을 감소시킨다는 것이 유의된다. 이러한 2개의 효과들은 CCC를 크게 손상시키지 않으면서 CCC로부터 LiCoO2를 선택적으로 어블레이팅하는 것에 대해 어려움들을 야기한다. 부가하여, 고온 어닐링 후의 LiCoO2 층은, 어닐링 전의 어블레이션과 비교하여, 층을 어블레이팅하기 위해 더 높은 레이저 플루엔스를 요구한다. 결과적으로, 패터닝 후에 캐소드가 어닐링되는 프로세스 흐름은 기판에 대한 우수한 CCC 접착을 유지하고 또한 더 용이한 어블레이션 프로세스를 허용하는 관점들에서 유리하다.
[0031] 게다가, 본원에서 설명되는 실시예들의 레이저 프로세싱 및 어블레이션 패턴들은 마스크들을 사용하여 제작되는 디바이스 구조들과 매우 유사한 디바이스 구조들을 갖는 TFB들을 형성하도록 설계될 수 있지만, 더 정확한 에지 배치가 더 높은 디바이스 밀도들 및 다른 설계 개선들을 제공할 수 있다. 현재의 섀도 마스크 제조 프로세스들이 비한 TFB들에 대한 더 높은 수율 및 디바이스 밀도가 프로세스들의 몇몇 실시예들에 대해 예상되고, 이는, TFB 제작 프로세스들에서 섀도 마스크들을 사용하는 것이, 수율을 감소시키는 결함들의 가능한 소스이고, 섀도 마스크들을 제거하는 것은 이러한 결함들을 제거할 수 있기 때문이다. 또한, 프로세스들의 몇몇 실시예들이 섀도 마스크 프로세스들의 경우보다 더 우수한 패터닝 정확도를 제공할 것이라는 것이 예상되고, 이는 기판 상의 더 높은 TFB 디바이스 밀도들을 허용할 것이다. 추가로, 프로세스들의 몇몇 실시예들이 섀도 마스크들의 가능한 열 팽창 유발 정렬 문제들에 의해 야기되는, (섀도 마스크 증착 프로세스들에서 더 낮은 전력 및 온도로 제한되는) PVD 프로세스들에 대한 제약들을 완화시키고, 그에 따라, TFB 층들의 증착 레이트들을 증가시킬 것으로 예상된다. 게다가, TFB 제조 프로세스로부터 섀도 마스크들을 제거하는 것은, 마스크 정렬기, 마스크 관리 시스템들, 및 마스크 세정의 제거; CoC(소모품들의 비용(cost of consumables)) 감소; 및 실리콘 집적 회로 및 디스플레이 산업들로부터의 ― 산업 입증 프로세스들의 사용을 허용하는 것에 의해, 새로운 제조 프로세스 개발 비용들을 감소시킬 수 있다. TFB의 블랭킷 층 증착들 및 엑스-시튜 레이저 패터닝은 ― 가능하게는 2014 추정된 비용들보다 심지어 10배 또는 그 초과만큼 더 적게 ― TFB 제조 비용들을 감소시킬 정도로 충분히, 패턴 정확도, 수율들, 및 기판/재료 사용들을 개선할 수 있다.
[0032] 종래의 TFB 제조에서, 모든 층들은 서브-캐리어들, 배면 자석들 등에 의해 디바이스 기판에 고정된 인-시튜 섀도 마스크들을 사용하여 패터닝된다. 본 개시내용에서, 인-시튜 패터닝된 증착들 대신에, TFB 제작 프로세스에서의 모든 층들에 대해(도 4 내지 도 9, 도 10 내지 도 15, 도 16 내지 도 21, 및 도 29 내지 도 36 참조), 또는 전류 콜렉터들, 캐소드, 전해질 및 애노드 중 하나 또는 그 초과와 같은 특정한 층들에 대해, 어떠한 섀도 마스크도 이용하지 않는 블랭킷 증착들이 제안된다. 흐름은 또한, 본딩, 봉지(encapsulation), 및/또는 보호 코팅을 위한 프로세스들을 포함할 수 있다. 블랭킷 층들의 패터닝은, (1) 기판에 이르기까지 모든 층들을 제거하는 레이저 어블레이션 프로세스, 및/또는 (2) 레이저 패터닝 프로세스가 아래의 층(들)을 적어도 부분적으로 온전하게 남기면서 층 또는 층들의 스택을 제거하는 선택적인 레이저 어블레이션 프로세스에 의해 이루어진다. 예컨대, 몇몇 실시예들에 따르면, 캐소드 전류 콜렉터 및 캐소드가 먼저 기판 상에 블랭킷 증착된다. 그 후에, 전체 블랭킷 코팅된 기판을 개별적인 다이들로 패터닝하기 위해, 레이저 프로세스가 사용된다. 전해질, 애노드, 및 애노드 전류 콜렉터 증착들은, 제 1 레이저 패터닝 후에, 다이 패터닝된 층들 위에 만들어진다. 그 후에, 기판은 다이 패터닝 및 CCC 노출을 수행하기 위해 다시 한번 레이저 어블레이션 시스템으로 로딩되고 ― 제 2 다이 패터닝은 제 1 다이 패터닝 영역 내부에서 이루어지고, 즉, 제 1 다이 패터닝은 다이싱 앨리(alley)들을 따라 CCC/캐소드 재료를 완전히 제거하기 위한 것이고, 제 2 다이 패터닝은 제 1 다이싱 영역 내부에서 전해질, 애노드, 및 ACC를 완전히 제거하기 위한 것이다. CCC 노출/드러내기는 캐소드 영역 그리고 그에 따라 기판 영역 활용을 최대화하기 위해 각각의 TFB 다이의 하나의 코너에서 수행되고 ― 이는 도 22를 참조한다. 샷들의 수 및 플루엔스와 같은 레이저 프로세스 파라미터들을 조정함으로써, CCC 접촉 영역을 노출/드러내기 위해, ACC, 애노드, 전해질, 및 캐소드가 선택적으로 제거된다. CCC/캐소드와 ACC/애노드 사이에서의 전기적 단락 경로들을 피하기 위해, CCC/ 노출/드러내기 영역과 ACC/애노드 영역 사이에서 좁은 버퍼 영역이 사용될 수 있다. 이러한 좁은 버퍼 영역에서, 레이저 어블레이션 프로세스는 단지, ACC, 애노드, 및 전해질의 작은 부분만을 제거하도록 의도된다. TFB들에 대해, LiPON이 전형적으로 전해질로서 사용되고, 이는 UV에서 긴 가시 파장들까지 거의 투명하고, 그에 따라, LiPON의 중간에서 레이저 어블레이션 프로세스를 중단시키기 위해, 나노초/피코초 또는 펨토초 레이저들(모든 이러한 레이저들에 대한 UV 파장들을 포함)이 사용된다는 것이 유의된다. 좁은 버퍼 영역의 폭은 전형적으로, 대략 30 미트론 내지 대략 200 미크론의 범위에 있다.
[0033] TFB들에 대해, 캐소드 층의 예는 LiCoO2 층(예컨대, RF 스퍼터링, 펄스형 DC 스퍼터링 등에 의해 증착됨)이고, 애노드 층의 예는 Li 금속 층(예컨대, 증발, 스퍼터링 등에 의해 증착됨)이고, 전해질 층의 예는 LiPON 층(예컨대, RF 스퍼터링 등에 의해 증착됨)이다. 그러나, 본 개시내용이 상이한 재료들을 포함하는 더 광범위한 TFB들에 대해 적용될 수 있다는 것이 예상된다. 게다가, 이러한 층들을 위한 증착 기법들은 원하는 조성, 상, 및 결정도를 제공할 수 있는 임의의 증착 기법일 수 있고, PVD, PECVD, 반응성 스퍼터링, 비-반응성 스퍼터링, RF 스퍼터링, 다중-주파수 스퍼터링, 전자 및 이온 빔 증발, 열 증발, CVD, ALD 등과 같은 증착 기법들을 포함할 수 있고; 증착 방법은 또한, 플라즈마 스프레이, 스프레이 열분해, 슬롯 다이 코팅, 스크린 프린팅 등과 같이 비-진공 기반일 수 있다. PVD 스퍼터 증착 프로세스에 대해, 프로세스는 AC, DC, 펄스형 DC, RF, HF(예컨대, 마이크로파) 등, 또는 이들의 조합들일 수 있다. TFB의 상이한 컴포넌트 층들을 위한 재료들의 예들은 다음의 것들 중 하나 또는 그 초과를 포함할 수 있다. 기판은 실리콘, Si 상의 실리콘 질화물, 유리, PET(폴리에틸렌 테레프탈레이트), 운모, 구리와 같은 금속 포일들 등일 수 있다. ACC 및 CCC는 상이한 재료들의 다수의 층들에 존재할 수 있고 그리고/또는 합금될 수 있는 Ag, Al, Au, Ca, Cu, Co, Sn, Pd, Zn, 및 Pt 중 하나 또는 그 초과일 수 있고, 그리고/또는 Ti 접착 층들 등을 포함할 수 있다. 캐소드는 LiCoO2, V2O5, LiMnO2, Li5FeO4, NMC(NiMnCo 산화물), NCA(NiCoAl 산화물), LMO(LixMnO2), LFP(LixFePO4), LiMn 스피넬 등일 수 있다. 고체 전해질은 LiPON, LiI/Al2O3 혼합물들, LLZO(LiLaZr 산화물), LiSiCON, Ta2O5 등과 같은 재료들을 포함하는 리튬-전도성 전해질 재료일 수 있다. 애노드는 Li, Si, 실리콘-리튬 합금들, 리튬 실리콘 황화물, Al, Sn, C 등일 수 있다.
[0034] 애노드/음의 전극 층은 순수한 리튬 금속일 수 있거나 또는 Li 합금일 수 있고, 여기에서, 예컨대, Li는 실리콘과 같은 반도체 또는 주석과 같은 금속과 합금된다. Li 층은 (캐소드 및 용량 밸런싱에 대해 적절한 바와 같은) 약 3 μm 두께일 수 있고, 봉지 층은 3 μm 또는 그 초과의 두께일 수 있다. 봉지 층은 파릴렌 및 금속 및/또는 유전체의 다층일 수 있다. Li 층 및 봉지 층의 형성 사이에서, 파트는 아르곤 가스와 같은 비활성 환경에서 유지되어야만 하고; 그러나, 블랭킷 봉지 층 증착 후에, 비활성 환경에 대한 요건이 완화될 것이라는 것이 유의된다. ACC는 Li 층을 보호하여 진공 외부에서 레이저 어블레이션을 허용하기 위해 사용될 수 있고, 비활성 환경에 대한 요건이 완화될 수 있다.
[0035] 게다가, 캐소드 및 애노드 측 양자 모두 상의 금속 전류 콜렉터들은 리튬 이온들을 셔틀링하기 위한 보호 배리어들로서 기능할 필요가 있을 수 있다. 부가하여, 애노드 전류 콜렉터는 분위기(ambient)로부터의 산화제들(예컨대, H2O, O2, N2 등)에 대한 배리어로서 기능할 필요가 있을 수 있다. 따라서, 선택되는 재료 또는 재료들은, "양 방향들" ― 즉, Li가 고용체를 형성하도록 금속성 전류 콜렉터로 이동하는 것 및 그 반대에서, 리튬과 접촉하여 최소의 반응 또는 혼화성을 가져야 한다. 부가하여, 금속성 전류 콜렉터에 대한 재료 선택은 그러한 산화제들에 대해 낮은 반응도 및 확산도를 가져야 한다. 발행된 바이너리 상도(published binary phase diagram)들에 기초하여, 제 1 요건들에 대한 몇몇 가능한 후보들은 Ag, Al, Au, Ca, Cu, Co, Sn, Pd, Zn, 및 Pt이다. 몇몇 재료들의 경우에, 금속성 층들 사이에 반응/확산이 존재하지 않는 것을 보장하기 위해, 열 버짓(thermal budget)이 관리될 필요가 있을 수 있다. 단일 금속 엘리먼트가 요건들 양자 모두를 만족시킬 수 없는 경우에, 합금들이 고려될 수 있다. 또한, 단일 층이 요건들 양자 모두를 만족시킬 수 없는 경우에, 이중(다수) 층들이 사용될 수 있다. 게다가, 부가하여, 전술한 내화 및 비-산화 층들 중 하나의 층과 조합하여 접착 층 ― Au와 조합된 Ti 접착 층 ― 이 사용될 수 있다. 전류 콜렉터들은 층들(예컨대, 금속들, 예컨대 Cu, Ag, Pd, Pt 및 Au, 금속 합금들, 준금속들, 또는 카본 블랙)을 형성하기 위해 금속 타겟들의 (펄스형) DC 스퍼터링에 의해 증착될 수 있다(대략 300 nm). 게다가, 유전체 층들 등과 같이, 리튬 이온들을 셔틀링하는 것에 대한 보호 배리어들을 형성하기 위한 다른 선택들이 존재한다.
[0036] 도 4 내지 도 9는 몇몇 실시예들에 따른 TFB를 위한 제작 프로세스를 예시하고 ― 이는 비-전도성 기판을 위한 제 1 프로세스 흐름이다. 프로세스 흐름은, 도 4에서, 전류 콜렉터 층(402)(예컨대, Ti/Au) 및 캐소드 층(403)(예컨대, LiCoO2)의 기판(401) 상의 블랭킷 증착들로 시작된다. 비-전도성 기판은 유리, 세라믹, 강성 재료, 가요성 재료, 플라스틱/폴리머 등일 수 있고; 게다가, TFB의 기판 측으로부터 레이저 패터닝이 행해지는 실시예들에서, 기판은 또한, 레이저 프로세싱에 대한 투명도 요건들을 만족시킬 필요가 있을 것이다. 도 5는 다음의 프로세싱 후의 도 4의 구조를 도시하고; 그러한 프로세싱은 (1) 기판 또는 박막 측으로부터의 레이저 다이 패터닝; 및 (2) 예컨대, LiCoO2에 대해, 결정질 구조를 성장(develop)시키기 위한 2 시간 또는 그 초과 동안의 600 ℃ 또는 그 초과에서의 어닐링일 수 있는 캐소드 어닐링이고, 여기에서, 층들(502 및 503)은 각각, 프로세싱된 전류 콜렉터 및 캐소드 층들이다. 도 6은 전해질(예컨대, LiPON) 층(604) 및 애노드(예컨대, Li, Si) 층(605), 및 ACC/초기 보호(예컨대, Ti/Cu) 층(들)(606)의 블랭킷 증착 후의 도 5의 구조를 도시한다. 또한, 프로세스에서의 이러한 포인트에서 필요한 경우에 ― 예컨대, 비-Li 애노드 셀들을 제작하는 경우에, 전해질 증착 전에, 건식 리튬화(dry lithiation)가 행해질 수 있고, 여기에서, 셀은 별도로 증착된 Li 애노드 없이 본래의 캐소드로부터 전하 캐리어들을 사용한다. 도 7은 다음의 추가적인 프로세싱 후의 도 6의 구조를 도시하고: 그러한 추가적인 프로세싱은 (1) 레이저 패터닝 프로세스를 사용하는 제 2 다이 패터닝; 및 (2) 레이저 어블레이션이 절연성 전해질 층에서 중단되는 버퍼 영역(720)을 형성하는 것을 포함하는 CCC 노출이고, 그러한 버퍼 영역(720)은, 전기적 단락 경로의 길이를 증가시키고, 그에 따라, 레이저 커팅된 측벽을 따르는 CCC/캐소드와 애노드/ACC 사이에서의 단락의 발생의 확률을 감소시키기 위해, 서브-UV 레이저들(예컨대, 248 nm 또는 266 nm) 또는 fs 레이저들을 사용하여 형성될 수 있다. 층들(704, 705, 706)은 각각, 프로세싱된 층들(604, 605, 및 606)이고, 710은 CCC 전기 접촉 영역이다. 도 8은 블랭킷 봉지(예컨대, 폴리머, 유전체 층) 층(807) 증착들 후의 도 7의 구조를 도시하고 ― 요구되는 디바이스 수명을 제공할 필요가 있는 경우에, 예컨대 폴리머/유전체/금속의 다수의 층들과 같은 다수의 층들이 증착될 수 있다. 도 9는, TFB 전극들 ― ACC 및 CCC 양자 모두에 대해 전기 접촉이 이루어질 수 있게 하도록 개방된 ― CCC 및 ACC 접촉 영역들을 노출시키기 위한 레이저 어블레이션들 후의 도 8의 구조를 도시한다. 층(907)은 프로세싱된 층(807)이고, 901은 단일 TFB를 위한 기판이다. 게다가, 몇몇 실시예들에서, 도 8 및 도 9에서 도시된 바와 같은 봉지 층의 증착 및 패터닝은 동일한 또는 상이한 봉지 재료들을 사용하여 하나 또는 그 초과의 횟수들로 반복될 수 있다. 레이저 어블레이션은 또한, 다이 싱귤레이션(singulation)을 위해 사용될 수 있다.
[0037] 도 10 내지 도 15는 몇몇 실시예들에 따른 TFB를 위한 제작 프로세스를 예시하고 ― 이는 비-전도성 기판(1001)을 위한 제 2 프로세스 흐름이다. 프로세스 흐름은, 도 10에서, 전류 콜렉터(예컨대, Ti/Au) 층(1002) 및 캐소드(예컨대, LiCoO2) 층(1003)의 기판(1001) 상의 블랭킷 증착들로 시작된다. 비-전도성 기판은 유리, 세라믹, 강성 재료, 가요성 재료, 플라스틱/폴리머 등일 수 있고; 게다가, TFB의 기판 측으로부터 레이저 패터닝이 행해지는 실시예들에서, 기판은 또한, 레이저 프로세싱에 대한 투명도 요건을 만족시킬 필요가 있을 것이다. 도 11은 다음의 프로세싱 후의 도 10의 구조를 도시하고: 그러한 프로세싱은 (1) 기판 또는 박막 측으로부터의 레이저 다이 패터닝; (2) 캐소드 어닐링 전의 CCC 층 노출/드러내기(이러한 프로세싱 시퀀스에 대한 이유는 비-어닐링된 캐소드의 레이저 어블레이션이 일반적으로, 더 우수한 어블레이션 표면 ― 더 높은 전도율 및 더 평활한 표면 모폴러지를 생성하기 때문이고 ― 또한 위의 논의를 참조한다); 및 (3) 예컨대, LiCoO2에 대해, 결정질 구조를 성장시키기 위한 3 시간 또는 그 초과 동안의 600 ℃ 또는 그 초과에서의 어닐링일 수 있는 캐소드 어닐링이다. 층들(1102 및 1103)은 각각, 프로세싱된 전류 콜렉터 및 캐소드 층들이고, 1110은 CCC 전기 접촉 영역이다. 도 12는 전해질(예컨대, LiPON) 층(1204) 및 애노드(예컨대, Li, Si) 층(1205), 및 ACC/초기 보호(예컨대, Ti/Cu) 층(들)(1206)의 블랭킷 증착 후의 도 11의 구조를 도시한다. 또한, 프로세스에서의 이러한 포인트에서 필요한 경우에 ― 예컨대, 비-Li 애노드 셀들을 제작하는 경우에, 전해질 증착 전에, 건식 리튬화가 행해질 수 있고, 여기에서, 셀은 별도로 증착된 Li 애노드 없이 본래의 캐소드로부터 전하 캐리어들을 사용한다. 도 13은 다음의 추가적인 프로세싱 후의 도 12의 구조를 도시하고: 그러한 추가적인 프로세싱은 (1) 레이저 패터닝 프로세스를 사용하는 제 2 다이 패터닝; 및 (2) 레이저 어블레이션이 절연된 전해질 층에서 중단되는 버퍼 영역(1320)을 형성하는 것을 포함하는 CCC 노출/드러내기이고, 그러한 버퍼 영역(1320)은 가능한 전기적 단락 경로의 길이를 증가시키고, 그에 따라, 레이저 커팅된 측벽을 따르는 CCC/캐소드와 애노드/ACC 사이에서의 단락의 발생의 확률을 감소시키기 위해, 서브-UV 레이저들(예컨대, 248 nm 또는 266 nm) 또는 fs 레이저들을 사용하여 형성될 수 있다. 층들(1304, 1305, 및 1306)은 각각, 프로세싱된 층들(1204, 1205, 및 1206)이다. 도 14는 블랭킷 봉지(예컨대, 폴리머, 유전체 층) 층(1407) 증착들 후의 도 13의 구조를 도시하고 ― 요구되는 디바이스 수명을 제공할 필요가 있는 경우에, 예컨대 폴리머/유전체/금속의 다수의 층들과 같은 다수의 층들이 증착될 수 있다. 도 15는, TFB 전극들 ― ACC 및 CCC 양자 모두에 대해 전기 접촉이 이루어질 수 있게 하도록 개방된 ― CCC 및 ACC 접촉 영역들을 노출시키기 위한 레이저 어블레이션들 후의 도 14의 구조를 도시한다. 층(1507)은 프로세싱된 층(1407)이고, 1501은 단일 TFB를 위한 기판이다. 게다가, 몇몇 실시예들에서, 도 14 및 도 15에서 도시된 바와 같은 봉지 층의 증착 및 패터닝은 동일한 또는 상이한 봉지 재료들을 사용하여 하나 또는 그 초과의 횟수들로 반복될 수 있다. 레이저 어블레이션은 또한, 다이 싱귤레이션을 위해 사용될 수 있다.
[0038] 도 22는 다이싱 전의 12개의 TFB들을 갖는 기판(2401)의 평면도이고, TFB 풋프린트(디바이스 영역)의 90 %를 초과하는 캐소드 영역들을 갖는 TFB들을 도시하고; 게다가, 애노드가 캐소드와 동등하거나 또는 캐소드보다 약간 더 커야한다는 것이 유의된다. 도면은 애노드(2402), CCC의 노출된 부분(2403), 및 전해질 버퍼 영역(2404)을 도시하고, 여기에서, 버퍼 영역은 LiPON 층의 중간에서 레이저 어블레이션 프로세스를 중단시킴으로써 형성되었다. 접촉 영역(2403)이 도면에서 도시된 바와 같이 코너들로 제한되지 않고, CCC 상의 다른 위치들에 배치될 수 있고, 접촉 영역이 ACC의 표면 상의 어느 곳이든 봉지 층을 통해 ACC까지 개방될 수 있다는 것이 유의된다. 도 22의 구성은 도 4 내지 도 9 및 도 10 내지 도 15 양자 모두의 제작 프로세스들로부터 기인하는 디바이스들의 몇몇 실시예들에 대한 디바이스 구성의 예이다.
[0039] 몇몇 실시예들에 따르면, 도 9, 도 15, 및 도 22에서 도시된 바와 같이, 박막 배터리는, 기판; 기판 상의 캐소드 전류 콜렉터 층; 캐소드 전류 콜렉터 층 상의 캐소드 층 ― 캐소드 전류 콜렉터 층의 접촉 영역은 캐소드 층에 의해 덮이지 않음 ―; 캐소드 층의 상단 표면을 완전히 덮는 전해질 층 ― 캐소드 전류 콜렉터 층의 접촉 영역은 전해질 층에 의해 덮이지 않음 ―; 전해질 층 상의 애노드 층을 포함할 수 있으며, 여기에서, 캐소드 전류 콜렉터 층의 접촉 영역은 애노드 층에 의해 덮이지 않고, 여기에서, 애노드 층의 에지로부터 캐소드 전류 콜렉터의 접촉 영역에 인접한 캐소드 층의 에지를 전기적으로 격리시키기 위한, 전해질 층에서의 전기 절연성 버퍼 영역은 애노드 층에 의해 덮이지 않고, 전기 절연성 버퍼 영역은 애노드 층과 캐소드 전류 콜렉터 층의 접촉 영역 사이에 있다. 박막 배터리는 애노드 층의 표면 상의 애노드 전류 콜렉터 층을 더 포함할 수 있고, 여기에서, 캐소드 전류 콜렉터 층의 접촉 영역 및 전기 절연성 버퍼 영역은 애노드 전류 콜렉터 층에 의해 덮이지 않는다. 게다가, 캐소드 전류 콜렉터의 접촉 영역은 캐소드 전류 콜렉터 층의 상단 표면의 코너 부분일 수 있다. 박막 배터리는 봉지 층을 더 포함할 수 있고, 봉지 층은 애노드 전류 콜렉터 층의 상단 표면 상에 있고, 애노드 전류 콜렉터 접촉 영역을 제외하고, 애노드 전류 콜렉터 층의 상단 표면 전부를 덮고, 봉지 층은 추가로, 전기 절연성 버퍼 영역 및 캐소드 전류 콜렉터 층의 접촉 영역의 부분을 덮는다.
[0040] 실시예들에 따르면, 도 4 내지 도 9 및 도 22에서 도시된 바와 같이, 박막 배터리들을 제조하는 방법은, 기판 상에 캐소드 전류 콜렉터 층을 블랭킷 증착한 후에 캐소드 층을 블랭킷 증착하는 단계; 캐소드 전류 콜렉터의 상단 표면을 덮는 캐소드를 포함하는 제 1 패터닝된 스택을 형성하기 위해, 캐소드 전류 콜렉터 층 및 캐소드 층을 레이저 다이 패터닝하는 단계; 제 1 패터닝된 스택 위에 전해질 층, 애노드 층, 및 애노드 전류 콜렉터 층을 블랭킷 증착하는 단계; 애노드 전류 콜렉터 층, 애노드 층, 및 전해질 층을 레이저 다이 패터닝하고, 애노드 전류 콜렉터 층, 애노드 층, 및 전해질 층의 부분들을 레이저 어블레이팅하여, 제 3 스택을 형성하는 단계를 포함할 수 있으며, 제 3 스택은 애노드의 상단 표면을 덮는 애노드 전류 콜렉터, 캐소드 전류 콜렉터의 드러나게 된 접촉 영역, 및 애노드의 레이저 커팅된 에지로부터 캐소드 전류 콜렉터의 접촉 영역에 인접한 캐소드의 레이저 커팅된 에지를 전기적으로 격리시키기 위한, 전해질 층에서의 드러나게된 전기 절연성 버퍼 영역을 포함하고, 여기에서, 전해질 층의 두께의 부분은 전기 절연성 버퍼 영역을 형성하기 위해 어블레이팅된다. 방법은 캐소드 전류 콜렉터 층 및 캐소드 층의 레이저 어블레이션 후에, 캐소드를 어닐링하는 단계를 더 포함할 수 있다. 방법은 제 3 스택 상에 봉지 층을 블랭킷 증착하고, 봉지 층을 레이저 어블레이팅하여, 캐소드 전류 콜렉터의 접촉 영역의 부분 및 애노드 전류 콜렉터의 접촉 영역을 드러내어, 제 4 디바이스 구조를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 방법은 제 4 디바이스 스택 상에 제 2 봉지 층을 블랭킷 증착하고, 제 2 봉지 층의 부분들을 레이저 어블레이팅하여, 캐소드 전류 콜렉터의 접촉 영역의 제 2 부분 및 애노드 전류 콜렉터의 접촉 영역의 부분을 드러내는 단계를 더 포함할 수 있고, 여기에서, 제 2 부분은 제 1 부분보다 더 작다. 게다가, 전해질 층에서의 전기 절연성 버퍼 영역을 형성하기 위한, 전해질 층의 레이저 어블레이팅은 펨토초 UV 레이저를 활용할 수 있다.
[0041] 실시예들에 따르면, 도 10 내지 도 15 및 도 22에서 도시된 바와 같이, 박막 배터리들을 제조하는 방법은, 기판 상에 캐소드 전류 콜렉터 층 및 캐소드 층을 블랭킷 증착하는 단계; 캐소드 전류 콜렉터 층 및 상기 캐소드 층을 레이저 다이 패터닝하고 레이저 어블레이팅하여, 캐소드 전류 콜렉터의 상단 표면 상에 캐소드를 형성하고, 캐소드 층의 부분들을 레이저 어블레이팅하여, 캐소드 전류 콜렉터의 접촉 영역을 드러내어, 제 1 패터닝된 스택을 형성하는 단계; 제 1 패터닝된 스택 위에 전해질 층, 애노드 층, 및 애노드 전류 콜렉터 층을 블랭킷 증착하는 단계; 애노드 전류 콜렉터 층, 애노드 층, 및 전해질 층을 레이저 다이 패터닝하고, 애노드 전류 콜렉터 층, 애노드 층, 및 전해질 층의 부분들을 레이저 어블레이팅하여, 제 3 스택을 형성하는 단계를 포함할 수 있으며, 제 3 스택은 애노드의 상단 표면을 덮는 애노드 전류 콜렉터, 캐소드 전류 콜렉터의 드러나게 된 접촉 영역, 및 애노드의 레이저 커팅된 에지로부터 캐소드 전류 콜렉터의 접촉 영역에 인접한 캐소드의 레이저 커팅된 에지를 전기적으로 격리시키기 위한, 전해질 층에서의 드러나게 된 전기 절연성 버퍼 영역을 포함하고, 여기에서, 전해질 층의 두께의 부분은 전기 절연성 버퍼 영역을 형성하기 위해 어블레이팅된다. 방법은 캐소드 전류 콜렉터 층 및 캐소드 층의 레이저 어블레이션 후에, 캐소드를 어닐링하는 단계를 더 포함할 수 있다. 방법은 제 3 스택 상에 봉지 층을 블랭킷 증착하고, 봉지 층을 레이저 어블레이팅하여, 캐소드 전류 콜렉터의 접촉 영역의 부분 및 애노드 전류 콜렉터의 접촉 영역을 드러내어, 제 4 디바이스 구조를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 방법은 제 4 디바이스 스택 상에 제 2 봉지 층을 블랭킷 증착하고, 제 2 봉지 층의 부분들을 레이저 어블레이팅하여, 캐소드 전류 콜렉터의 접촉 영역의 제 2 부분 및 애노드 전류 콜렉터의 접촉 영역의 부분을 드러내는 단계를 더 포함할 수 있고, 여기에서, 제 2 부분은 제 1 부분보다 더 작다. 게다가, 전해질 층에서의 전기 절연성 버퍼 영역을 형성하기 위한, 전해질 층의 레이저 어블레이팅은 펨토초 UV 레이저를 활용할 수 있다.
[0042] 도 29 내지 도 36은 몇몇 실시예들에 따른 TFB를 위한 제작 프로세스를 예시하고 ― 이는 비-전도성 기판(2901)을 위한 제 3 프로세스 흐름이다. 프로세스 흐름은, 도 29에서, 전류 콜렉터(예컨대, Ti/Au) 층(2902) 및 캐소드(예컨대, LiCoO2) 층(2903)의 기판(2901) 상의 블랭킷 증착들로 시작된다. 비-전도성 기판은 유리, 세라믹, 강성 재료, 가요성 재료, 플라스틱/폴리머 등일 수 있고; 게다가, TFB의 기판 측으로부터 레이저 패터닝이 행해지는 실시예들에서, 기판은 또한, 레이저 프로세싱에 대한 투명도 요건들을 만족시킬 필요가 있을 것이다. 도 30은 다음의 프로세싱 후의 도 29의 구조를 도시하고: 그러한 프로세싱은 (1) 기판 또는 박막 측으로부터의 레이저 다이 패터닝; (2) 캐소드 어닐링 전의 CCC 층 및 ACC 노출/드러내기(이러한 프로세싱 시퀀스에 대한 이유는 어닐링되지 않은 캐소드의 레이저 어블레이션이 일반적으로, 더 우수한 어블레이션 표면 ― 더 높은 전도율 및 더 평활한 표면 모폴러지를 생성하기 때문이고 ― 또한 위의 논의를 참조한다); 및 (3) 예컨대, LiCoO2에 대해, 결정질 구조를 성장시키기 위한 2 시간 또는 그 초과 동안의 600 ℃ 또는 그 초과에서의 어닐링일 수 있는 캐소드 어닐링이다. 각각 CCC 층 및 ACC 층인 층들(3002A 및 3002B)은 프로세싱된 층(2902)이고, 3003은 프로세싱된 캐소드 층이고, 3010은 CCC 전기 접촉 영역이다. 도 31은 전해질(예컨대, LiPON) 층(3104)의 블랭킷 증착 후의 도 30의 구조를 도시한다. 또한, 프로세스에서의 이러한 포인트에서 필요한 경우에 ― 예컨대, 비-Li 애노드 셀들을 제작하는 경우에, 전해질 증착 전에, 건식 리튬화가 행해질 수 있고, 여기에서, 셀은 별도로 증착된 Li 애노드 없이 본래의 캐소드로부터 전하 캐리어들을 사용한다. 도 32는 ACC의 대부분의 표면으로부터의 전해질 재료의 레이저 제거 후의 도 31의 구조를 도시한다. 층(3204)은 프로세싱된 층(3104)이다. 도 33은 애노드(예컨대, Li, Si) 층(3305) 및 초기 보호(예컨대, Ti/Cu) 층(들)(3306)의 블랭킷 증착 후의 도 32의 구조를 도시한다. 도 34는 다음의 추가적인 프로세싱 후의 도 33의 구조를 도시하고: 그러한 추가적인 프로세싱은 (1) 레이저 패터닝 프로세스를 사용하는 제 2 다이 패터닝; 및 (2) 레이저 어블레이션이 절연된 전해질 층에서 중단되는 버퍼 영역(3420)을 형성하는 것을 포함하는 CCC 스텝 노출/드러내기이고, 그러한 버퍼 영역(3420)은 가능한 전기적 단락 경로의 길이를 증가시키고, 그에 따라, 레이저 커팅된 측벽을 따르는 CCC/캐소드와 애노드/ACC 사이에서의 단락의 발생의 확률을 감소시키기 위해, 서브-UV 레이저들(예컨대, 248 nm 또는 266 nm) 또는 fs 레이저들을 사용하여 형성될 수 있다. 층들(3405 및 3406)은 각각, 프로세싱된 층들(3305 및 3306)이다. 도 35는 블랭킷 봉지(예컨대, 폴리머, 유전체 층) 층(3507) 증착들 후의 도 34의 구조를 도시하고 ― 요구되는 디바이스 수명을 제공할 필요가 있는 경우에, 예컨대 폴리머/유전체/금속의 다수의 층들과 같은 다수의 층들이 증착될 수 있다. 도 36은, TFB 전극들 ― ACC 및 CCC 양자 모두에 대해 전기 접촉이 이루어질 수 있게 하도록 개방된 ― CCC 및 ACC 접촉 영역들을 노출시키기 위한 레이저 어블레이션들 후의 도 35의 구조를 도시한다. 층(3607)은 프로세싱된 층(3507)이고, 3601은 단일 TFB를 위한 기판이다. 게다가, 몇몇 실시예들에서, 도 35 및 도 36에서 도시된 바와 같은 봉지 층의 증착 및 패터닝이 동일한 또는 상이한 봉지 재료들을 사용하여 하나 또는 그 초과의 횟수들로 반복될 수 있다. 레이저 어블레이션은 또한, 다이 싱귤레이션을 위해 사용될 수 있다.
[0043] 도 37은 다이싱 전의 12개의 동일 평면 상의 TFB들을 갖는 기판(3701)의 평면도이고, TFB 풋프린트(디바이스 영역)의 90 %를 초과하는 애노드 영역들을 갖는 TFB들을 도시한다. 도면은 (초기 보호 및 봉지 층들 아래의) 애노드(3702), CCC의 노출된 부분(3703), (봉지 층 아래의) 전해질 버퍼 영역(3704), 및 ACC의 노출된 부분(3705)의 범위를 도시하고, 여기에서, 버퍼 영역은 LiPON 층의 중간에서 레이저 어블레이션 프로세스를 중단시킴으로써 형성되었다. 접촉 영역들(3703 및 3705)이 도면에서 도시된 바와 같이 코너들로 제한되지 않고, 대응하는 전류 콜렉터들 상의 다른 위치들에 배치될 수 있다는 것이 유의된다. 도 37의 구성은 도 29 내지 도 36의 제작 프로세스들로부터 기인하는 디바이스들의 몇몇 실시예들에 대한 디바이스 구성의 예이다.
[0044] 실시예들에 따르면, 도 36 및 도 37에서 도시된 바와 같이, 박막 배터리는, 기판; 기판 상의 캐소드 전류 콜렉터 층 및 애노드 전류 콜렉터 층 ― 캐소드 전류 콜렉터 층 및 애노드 전류 콜렉터 층은 서로 전기적으로 격리됨 ―; 캐소드 전류 콜렉터 층 상의 캐소드 층 ― 캐소드 전류 콜렉터 층의 접촉 영역은 캐소드 층에 의해 덮이지 않음 ―; 캐소드 층의 상단 표면을 완전히 덮고, 애노드 전류 콜렉터 층의 부분을 덮는 전해질 층 ― 애노드 전류 콜렉터의 덮이지 않은 부분은 애노드 전류 콜렉터의 접촉 영역임 ―; 전해질 층 및 애노드 전류 콜렉터 상의 애노드 층을 포함할 수 있으며, 여기에서, 애노드 전류 콜렉터의 애노드 접촉 영역의 부분은 애노드 층에 의해 덮이지 않고, 여기에서, 애노드 층의 에지로부터 캐소드 전류 콜렉터의 접촉 영역에 인접한 캐소드 층의 에지를 전기적으로 격리시키기 위한, 전해질 층에서의 전기 절연성 버퍼 영역은 애노드 층에 의해 덮이지 않고, 전기 절연성 버퍼 영역은 애노드 층과 캐소드 전류 콜렉터 층의 접촉 영역 사이에 있다. 게다가, 캐소드 전류 콜렉터의 접촉 영역은 캐소드 전류 콜렉터의 상단 표면의 코너 부분일 수 있다. 게다가, 애노드 전류 콜렉터의 접촉 영역은 애노드 전류 콜렉터의 상단 표면의 코너 부분일 수 있다. 박막 배터리는 초기 보호 층을 더 포함할 수 있고, 초기 보호 층은 애노드 층의 상단 표면 상에 있고, 애노드 층의 에지들을 넘어서 연장되지 않으면서, 애노드 층의 상단 표면 전부를 덮는다. 박막 배터리는 초기 보호 층, 애노드 층, 전해질 층, 및 캐소드 층을 완전히 덮는 봉지 층을 더 포함할 수 있다.
[0045] 몇몇 실시예들에 따르면, 도 29 내지 도 36 및 도 37에서 도시된 바와 같이, 박막 배터리들을 제조하는 방법은, 기판 상에 전류 콜렉터 층 및 캐소드 층을 블랭킷 증착하는 단계; 전류 콜렉터 층 및 캐소드 층을 레이저 다이 패터닝하여, 캐소드 전류 콜렉터 및 애노드 전류 콜렉터를 형성하고, 캐소드 층의 부분들을 레이저 어블레이팅하여, 캐소드 전류 콜렉터의 접촉 영역을 드러내고, 애노드 전류 콜렉터 전부를 노출시켜서, 제 1 패터닝된 스택을 형성하는 단계; 제 1 패터닝된 스택 위에 전해질 층을 블랭킷 증착하는 단계; 전해질 층의 부분을 레이저 어블레이팅하여, 애노드 전류 콜렉터의 접촉 영역을 노출시켜서, 제 2 패터닝된 스택을 형성하는 단계; 제 2 패터닝된 스택 위에 애노드 층 및 초기 보호 층을 블랭킷 증착하는 단계; 전류 콜렉터 층 및 캐소드 층의 레이저 다이 패터닝의 다이 패턴 내에서 전해질, 애노드, 및 초기 보호 층들을 레이저 다이 패터닝하는 단계; 초기 보호, 애노드, 및 전해질 층들의 부분들을 레이저 어블레이팅하여, 캐소드 전류 콜렉터의 접촉 영역을 드러내고, 초기 보호 층, 애노드 층, 및 전해질 층의 두께의 부분을 레이저 어블레이팅하여, 전해질 층에서의 전기 절연성 버퍼 영역을 형성하여, 패터닝된 애노드의 레이저 커팅된 에지로부터 캐소드 전류 콜렉터의 접촉 영역에 인접한 캐소드 층의 레이저 커팅된 에지를 전기적으로 격리시키고, 전해질 층 및 초기 보호 층의 부분을 레이저 어블레이팅하여, 애노드 전류 콜렉터의 접촉 영역을 드러내어, 제 3 디바이스 스택을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 게다가, 캐소드 층은 전류 콜렉터 층 및 캐소드 층의 레이저 다이 패터닝, 및 캐소드 층의 부분들의 레이저 어블레이팅 후에 어닐링될 수 있다. 게다가, 제 3 디바이스 스택 상에 봉지 층이 블랭킷 증착될 수 있고, 봉지 층은 제 4 디바이스 구조를 형성하기 위해, 캐소드 전류 콜렉터의 접촉 영역의 부분 및 애노드 전류 콜렉터의 접촉 영역의 부분을 드러내도록 레이저 어블레이팅될 수 있다. 게다가, 제 4 디바이스 스택 상에 제 2 봉지 층이 블랭킷 증착될 수 있고, 제 2 봉지 층은 캐소드 전류 콜렉터의 접촉 영역의 제 2 부분 및 애노드 전류 콜렉터의 접촉 영역의 제 2 부분을 드러내도록 레이저 어블레이팅될 수 있고, 여기에서, 제 2 부분은 제 1 부분보다 더 작다. 게다가, 전해질 층에서의 전기 절연성 버퍼 영역을 형성하기 위해 전해질 층을 레이저 어블레이팅하는 것은 펨토초 UV 레이저를 활용할 수 있다.
[0046] 도 16 내지 도 21은 몇몇 실시예들에 따른 TFB를 위한 제작 프로세스를 예시하고 ― 이는 전기 전도성 기판(1601)을 위한 프로세스 흐름이다. 프로세스는, 도 16에서, 전류 콜렉터(예컨대, Ti/Au) 층(1602) 및 캐소드(예컨대, LiCoO2) 층(1603)의 기판(1601) 상의 블랭킷 증착들로 시작된다. 전기 전도성 기판은 전도성 유리, 실리콘, 운모, 전도성 세라믹, 금속, 강성 재료, 가요성 재료, 플라스틱/폴리머 등일 수 있고; 게다가, TFB의 기판 측으로부터 레이저 패터닝이 행해지는 실시예들에서, 기판은 또한, 레이저 프로세싱에 대한 투명도 요건들을 만족시킬 필요가 있을 것이다. 도 17은 다음의 프로세싱 후의 도 16의 구조를 도시하고: 그러한 프로세싱은 (1) 기판 또는 박막 측으로부터의 레이저 다이 패터닝; 및 (2) 예컨대, LiCoO2에 대해, 결정질 구조를 성장시키기 위한 2 시간 또는 그 초과 동안의 600 ℃ 또는 그 초과에서의 어닐링일 수 있는 캐소드 어닐링이다(유의: 대안적으로, 이러한 구조는 단일 섀도 마스크에 의해 형성될 수 있다). 층들(1702 및 1703)은 각각, 프로세싱된 층들(1602 및 1603)이다. 도 18은 전해질(예컨대, LiPON) 층(1804) 및 애노드(예컨대, Li, Si) 층(1805), 및 ACC/초기 보호(예컨대, Ti/Cu) 층(들)(1806)의 블랭킷 증착 후의 도 17의 구조를 도시한다. 또한, 프로세스에서의 이러한 포인트에서 필요한 경우에 ― 예컨대, 비-Li 애노드 셀들을 제작하는 경우에, 전해질 증착 전에, 건식 리튬화가 행해질 수 있고, 여기에서, 셀은 별도로 증착된 Li 애노드 없이 본래의 캐소드로부터 전하 캐리어들을 사용한다. 도 19는 다이 패터닝 후의 도 18의 구조를 도시한다(몇몇 구역에서, 레이저 커팅 측벽을 따르는 전도성 기판과 애노드/ACC 사이에서의 단락 경로 가능성을 감소시키기 위해, 서브-UV 레이저들(예컨대, 248 nm 또는 266 nm) 또는 fs 레이저들을 사용하여 행해질 수 있는 레이저 어블레이션이 절연된 전해질 층에서 중단된다). 층들(1904, 1905, 및 1906)은 각각, 프로세싱된 층들(1804, 1805, 및 1806)이고, 1920은 절연성 전해질 층(1904)에 생성된 버퍼 존이다. 도 20은 블랭킷 봉지(예컨대, 폴리머, 유전체 층) 층(2007) 증착들 후의 도 19의 구조를 도시하고 ― 요구되는 디바이스 수명을 제공하기 위해 필요에 따라, 예컨대 폴리머/유전체/금속의 다수의 층들과 같은 다수의 층들이 증착될 수 있다. 도 21은, 상단으로부터 TFB에 대해 전기 접촉(전기 전도성 기판의 배면으로부터 이루어지는 TFB 스택의 바닥에 대한 접촉)이 이루어질 수 있게 하도록 개방된 ― ACC 접촉 영역들을 노출시키기 위한 레이저 어블레이션들, 및 다이 싱귤레이션 후의 도 20의 구조를 도시한다. 층(2107)은 프로세싱된 층(2007)이고, 2101은 단일 TFB를 위한 기판이다. 게다가, 몇몇 실시예들에서, 도 20 및 도 21에서 도시된 바와 같은 봉지 층의 증착 및 패터닝은 동일한 또는 상이한 봉지 재료들을 사용하여 하나 또는 그 초과의 횟수들로 반복될 수 있다. 도 9 및 도 15의 디바이스 구조와 도 21의 디바이스 구조를 비교하면, 전도성 기판의 경우에 대해 ― 애노드/ACC(1905/1906)와 기판(2101) 사이에서의 단락의 기회를 감소시키기 위해 버퍼 존(1920)을 생성하여, 구조가 어떻게 변형되었는지가 명백하다.
[0047] 도 38은 다이싱 전의 12개의 TFB들을 갖는 기판(3801)의 평면도이고, TFB 풋프린트(디바이스 영역)의 90 %를 초과하는 애노드 영역들을 갖는 TFB들을 도시한다. 도면은 (초기 보호/ACC 및 봉지 층들 아래의) 애노드(3803), ACC의 노출된 부분(3804), 및 (봉지 층 아래의) 전해질 버퍼 존(3802)의 범위를 도시하고, 여기에서, 버퍼 영역은 LiPON 층의 중간에서 레이저 어블레이션 프로세스를 중단시킴으로써 형성되었다. CCC의 전기 접촉이 기판(3801)을 통해 이루어지고, ACC 접촉 영역(3804)의 위치가 ACC 상의 어느 곳이든 배치될 수 있다는 것이 유의된다. 도 38의 구성은 도 16 내지 도 21의 제작 프로세스들로부터 기인하는 디바이스들의 몇몇 실시예들에 대한 디바이스 구성의 예이다.
[0048] 몇몇 실시예들에 따르면, 도 21 및 도 38에서 도시된 바와 같이, 박막 배터리는, 전기 전도성 기판; 기판 상의 캐소드 전류 콜렉터 층; 캐소드 전류 콜렉터 층 상의 캐소드 층; 캐소드 층 및 캐소드 전류 콜렉터 층을 완전히 덮는 전해질 층; 전해질 층 상의 애노드 층; 및 애노드 층 상의 애노드 전류 콜렉터 층을 포함할 수 있으며, 여기에서, 애노드 층의 에지로부터 전기 전도성 기판을 전기적으로 격리시키기 위한, 전해질 층에서의 전기 절연성 버퍼 영역은 애노드 층 또는 애노드 전류 콜렉터 층에 의해 덮이지 않고, 전기 절연성 버퍼 영역은 애노드 및 애노드 전류 콜렉터를 완전히 둘러싼다. 박막 배터리는 봉지 층을 더 포함할 수 있고, 봉지 층은 애노드 전류 콜렉터 층의 상단 표면 상에 있고, 애노드 전류 콜렉터 접촉 영역을 제외하고, 애노드 전류 콜렉터 층의 상단 표면 전부를 덮고, 봉지 층은 추가로, 전기 절연성 버퍼 영역을 덮는다.
[0049] 실시예들에 따르면, 도 16 내지 도 21 및 도 38에서 도시된 바와 같이, 박막 배터리들을 제조하는 방법은, 전기 전도성 기판 상에 캐소드 전류 콜렉터 층을 블랭킷 증착한 후에, 캐소드 층을 블랭킷 증착하는 단계; 캐소드 전류 콜렉터 층 및 캐소드 층을 레이저 다이 패터닝하여, 캐소드 전류 콜렉터의 상단 표면을 덮는 캐소드를 포함하는 제 1 패터닝된 스택을 형성하는 단계; 제 1 패터닝된 스택 위에 전해질 층, 애노드 층, 및 애노드 전류 콜렉터 층을 블랭킷 증착하는 단계; 애노드 전류 콜렉터 층, 애노드 층, 및 전해질 층을 레이저 다이 패터닝하고, 애노드 전류 콜렉터 층, 애노드 층, 및 전해질 층의 부분들을 레이저 어블레이팅하여, 제 3 스택을 형성하는 단계를 포함할 수 있으며, 제 3 스택은 애노드의 상단 표면을 덮는 애노드 전류 콜렉터, 및 애노드의 레이저 커팅된 에지로부터 전기 전도성 기판을 전기적으로 격리시키기 위한, 전해질 층에서의 드러나게 된 전기 절연성 버퍼 영역을 포함하고, 전기 절연성 버퍼 영역은 애노드 및 애노드 전류 콜렉터를 완전히 둘러싸고, 여기에서, 전해질 층의 두께의 부분은 전기 절연성 버퍼 영역을 형성하기 위해 어블레이팅된다. 방법은 캐소드 전류 콜렉터 층 및 캐소드 층의 레이저 다이 패터닝 후에 캐소드를 어닐링하는 단계를 더 포함할 수 있다. 방법은 제 3 스택 상에 봉지 층을 블랭킷 증착하고, 봉지 층을 레이저 어블레이팅하여, 애노드 전류 콜렉터의 접촉 영역을 드러내어, 제 4 디바이스 구조를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 방법은 제 4 디바이스 스택 상에 제 2 봉지 층을 블랭킷 증착하고, 제 2 봉지 층의 부분들을 레이저 어블레이팅하여, 애노드 전류 콜렉터의 접촉 영역의 부분을 드러내는 단계를 더 포함할 수 있다. 게다가, 전해질 층에서의 전기 절연성 버퍼 영역을 형성하기 위한 전해질 층의 레이저 어블레이팅은 펨토초 UV 레이저를 활용할 수 있다.
[0050] 도 23은 전형적인 LiPON 재료의 광학 상수들을 도시하고 ― 유리 기판 상에 증착된 1.5 미크론의 RF 스퍼터링된 LiPON이 분광 타원 편광법(spectroscopic ellipsometry)을 사용하여 특성화되었다. 이러한 광학 특성들은, 예컨대 200 nm 내지 400 nm의 범위에서의 레이저 파장들을 갖는 UV 레이저 또는 펨토초 레이저(펨토초 UV 레이저들을 포함)가 LiPON을 선택적으로 어블레이팅하는 것에서 효과적일 것이고, 즉, LiPON 층의 중간에서 중단되도록 용이하게 제어될 수 있는 레이저 어블레이션 프로세스가 될 것을 표시한다(피코초, 나노초, 또는 마이크로초 레이저들에 대해, 어블레이션 프로세스를 점화시키기 위해, LiPON 막이 레이저 에너지의 일부를 흡수할 필요가 있을 것이지만, LiPON 막에 의한 펨토초 레이저 에너지의 흡수는 필요하지 않고, 이는 이러한 파장에서 콜드 플라즈마가 어블레이션 프로세스를 지배하기 때문이라는 것이 유의된다).
[0051] 도 24a 및 도 24b는 LiPON과 같은 전해질 재료의 선택적인 어블레이션을 위해 사용될 수 있는 레이저들의 타입들 및 파라미터 범위들의 예들로서 제공된다. 도 24a는 248 nm 레이저에 의한 LiPON의 1.5 미크론 두께의 층의 어블레이션에 대한 레이저 플루엔스의 함수로서의 어블레이션 깊이의 플롯을 도시하고; 레이저 펄스 폭은 248 nm 레이저와 같은 서브-UV 레이저에 대해 나노초 내지 피코초 범위에 있다. 이러한 예비 데이터는 248 nm 레이저가 LiPON을 선택적으로 어블레이팅할 수 있다는 것을 나타내고 ― 어블레이션 깊이는 레이저 파워에 따라 증가되는 것으로 보이고, 이는, 예컨대, 아래놓인 캐소드 층에 관하여 선택적인 어블레이션을 달성하기에 충분한 레이저 에너지가 LiPON의 부분 내에 쌓인 것을 표시한다. 게다가, 선택적인 어블레이션이 또한, 266 nm 레이저를 사용하여 달성될 수 있다는 것이 예상된다. 도 24b는 513 nm fs 레이저에 의한 0.7/1.8 미크론의 Cu/LiPON의 어블레이션에 대한 레이저 플루엔스의 함수로서의 어블레이션 깊이의 플롯을 도시하고; 레이저 펄스 폭은 513 nm 레이저와 같은 펨토초 레이저에 대해 1,000 펨토초 미만이다. 이러한 예비 데이터는 513 nm 레이저가 LiPON을 선택적으로 어블레이팅할 수 있다는 것을 나타낸다.
[0052] 종래의 레이저 스크라이브 또는 레이저 프로젝션 기술이 본 실시예들의 레이저 패터닝 프로세스들을 위해 사용될 수 있다. 레이저들의 수는, 예컨대 피코초 또는 펨토초 펄스 폭을 갖는 UV/VIS 레이저의 경우에 1개이거나(레이저 플루엔스/선량에 의해 선택적으로 제어됨); 예컨대 UV/VIS 및 IR 레이저들의 조합의 경우에 2개이거나(레이저 파장/플루엔스/선량에 의해 선택적으로 제어됨); 또는 다수(레이저 파장/플루엔스/선량에 의해 선택적으로 제어됨)일 수 있다. 레이저 스크라이브 시스템의 스캐닝 방법들은 스테이지 이동, 갈바노미터(Galvanometer)들에 의한 빔 이동, 또는 양자 모두일 수 있다. 레이저 스크라이브 시스템의 레이저 스폿 사이즈는 직경이 10 미크론(주로 다이 패터닝을 위함) 내지 1 cm에서 조정될 수 있다. 레이저 프로젝션 시스템에 대한 기판에서의 레이저 영역은 0.1 mm2 또는 그 초과일 수 있다. 게다가, 다른 레이저 타입들 및 구성들이 사용될 수 있다. 본원에서 설명되는 레이저 패터닝 프로세스는 레이저 어블레이션 프로세스이고 ― 레이저 어블레이션은, 스폿 레이저의 경우, 레이저 스캔 속력 및 플루엔스; 또는 영역 레이저의 경우, 플루엔스 및 샷들의 수를 제어함으로써 달성된다. 레이저 패터닝이 투명한 기판을 통해 구현되는 경우에, 레이저 및 기판 재료는 기판 내에서의 레이저 에너지의 임의의 상당한 흡수를 피하면서도, 어블레이팅될 층들에 의한 레이저 에너지의 양호한 흡수를 갖도록 조화될 필요가 있을 것이다.
[0053] 도 25는 실시예들에 따른 선택적인 레이저 패터닝 툴(2500)의 개략도이다. 툴(2500)은 기판(2504) 상의 디바이스들(2503)을 패터닝하기 위한 레이저들(2501)을 포함한다. 게다가, 기판(2504)을 통해 패터닝하기 위한 레이저들(2502)이 또한 도시되지만, 기판이 뒤집어져 있는 경우에, 레이저들(2501)이 기판(2504)을 통해 패터닝하기 위해 사용될 수 있다. 기판 홀더/스테이지(2505)가 기판(2504)을 홀딩하고 그리고/또는 이동시키기 위해 제공된다. 스테이지(2505)는 기판을 통하는 레이저 패터닝을 수용하기 위한 구멍들을 가질 수 있다. 툴(2500)은 레이저 어블레이션 동안에 기판들이 정지된 상태 상태에 있거나 또는 이동하도록 구성될 수 있고 ― 레이저들(2501/2502)이 또한, 고정될 수 있거나 또는 이동가능할 수 있고; 몇몇 실시예들에서, 기판 및 레이저들 양자 모두가 이동가능할 수 있고, 이러한 경우에, 이동은 제어 시스템에 의해 조정된다. SMF와 같은 프론트-엔드 인터페이스를 포함하고 또한 글로브박스 및 대기 챔버를 포함하는 툴(2500)의 독립형 버전이 도 25에서 도시된다. 도 25에서 도시된 실시예는 몇몇 실시예들에 따른 툴의 일 예이고 ― 툴의 다수의 다른 구성들이 예상되고, 예컨대, 무-리튬 TFB들의 경우에, 글로브박스가 필요하지 않을 수 있다. 게다가, 툴(2500)은 리튬 포일 제조에서 사용되는 바와 같은 드라이-룸과 같은 적합한 분위기를 갖는 룸에 위치될 수 있고, 글로브박스를 요구하지 않을 수 있다.
[0054] 도 26은 몇몇 실시예들에 따른, TFB를 제작하기 위한 프로세싱 시스템(2600)의 개략적인 예시이다. 프로세싱 시스템(2600)은 위에서 설명된 프로세스 단계들에서 활용될 수 있는 프로세스 챔버들(C1 내지 C4)(2611 내지 2614) 및 반응성 플라즈마 세정(RPC) 챔버(2602)가 장비된 클러스터 툴(2601/2610)에 대한 표준 기계적 인터페이스(SMIF)(2603)를 포함한다. 글로브박스(2604)는 또한, 클러스터 툴에 부착될 수 있다. 글로브박스는 알칼리 금속/알칼리성 토류 금속 증착 후에 유용한 비활성 환경에서(예컨대, He, Ne, 또는 Ar과 같은 노블 가스 하에서) 기판들을 저장할 수 있다. 글로브박스에 대한 대기 챔버(2605)가 또한, 필요한 경우에 사용될 수 있고 ― 대기 챔버는 글로브박스에서의 비활성 환경을 오염시키지 않으면서 기판들이 글로브박스 내로 그리고 밖으로 이송되게 허용하는 가스 교환 챔버(비활성 가스 대 공기 및 그 반대)이다(글로브박스가 리튬 포일 제조자들에 의해 사용되는 것과 같은 충분히 낮은 노점의 드라이 룸 분위기로 대체될 수 있다는 것이 유의된다). 챔버들(C1 내지 C4)은, 예컨대, 위에서 설명된 바와 같은, 캐소드 층의 증착(예컨대, RF 스퍼터링에 의한 LiCoO2); 전해질 층의 증착(예컨대, N2에서의 RF 스퍼터링에 의한 Li3PO4); 알칼리 금속 또는 알칼리성 토류 금속의 증착; 및 블랭킷 층들의 선택적인 레이저 패터닝을 포함할 수 있는, TFB들을 제조하기 위한 프로세스 단계들을 위해 구성될 수 있다(레이저 패터닝이 본원에서 설명되는 바와 같은 클러스터 툴에서 행해질 수 있거나, 또는 독립형 툴에서 행해질 수 있다는 것이 유의된다). 프로세싱 시스템(500)에 대해 클러스터 어레인지먼트가 도시되었지만, 기판이 하나의 챔버로부터 다음 챔버로 연속적으로 이동하도록 프로세싱 챔버들이 이송 챔버 없이 일렬로 배열되는 선형 시스템이 활용될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
[0055] 도 27은 몇몇 실시예들에 따른, 툴들(2730, 2740, 2750)을 포함하는 다수의 인 라인 툴들(2701 내지 2799)을 갖는 인-라인 제작 시스템(2700)의 표현을 도시한다. 인-라인 툴들은 TFB의 모든 층들을 증착하기 위한 툴들, 및 기판과 CCC 중 하나의 표면을 삼차원적으로 재구조화하기 위한 툴을 포함할 수 있다. 게다가, 인-라인 툴들은 프리-컨디셔닝 및 포스트-컨디셔닝 챔버들을 포함할 수 있다. 예컨대, 툴(2701)은, 기판이 진공 에어락(2702)을 통해 증착 툴 내로 이동하기 전에, 진공을 설정하기 위한 펌프 다운 챔버일 수 있다. 인-라인 툴들 중 일부 또는 전부는 진공 에어락들에 의해 분리된 진공 툴들일 수 있다. 프로세스 라인에서의 특정한 프로세스 툴들 및 프로세스 툴들의 순서가, 예컨대, 위에서 설명된 프로세스 흐름들에서 특정된 바와 같은, 사용되고 있는 특정한 TFB 제작 방법에 의해 결정될 것이라는 것이 유의된다. 게다가, 기판들은 수평으로 또는 수직으로 배향된 인-라인 제작 시스템을 통해 이동될 수 있다. 또한 추가로, 선택적인 레이저 패터닝 모듈들은 레이저 어블레이션 동안에 기판들이 정지된 상태에 있거나 또는 이동하도록 구성될 수 있다.
[0056] 도 27에서 도시된 바와 같은 인-라인 제작 시스템을 통하는 기판의 이동을 예시하기 위해, 도 28에서, 하나의 인-라인 툴(2730)만이 적소에 있는 상태로 기판 컨베이어(2801)가 도시된다. 기판(2803)을 포함하는 기판 홀더(2802)(기판 홀더는 기판이 보일 수 있도록 부분적으로 커팅되어 도시됨)가, 표시된 바와 같이, 인-라인 툴(2730)을 통해 홀더 및 기판을 이동시키기 위해, 컨베이어(2801) 또는 등등한 디바이스 상에 탑재된다.
[0057] 본 개시내용의 실시예들에 따른 박막 배터리들을 형성하기 위한 제 1 장치는, 기판 상에 전류 콜렉터 층 및 캐소드 층을 블랭킷 증착하고, 전류 콜렉터 층 및 캐소드 층을 레이저 다이 패터닝하여, 제 1 패터닝된 스택을 형성하기 위한 제 1 시스템; 제 1 패터닝된 스택 위에 전해질 층, 애노드 층, 및 ACC를 블랭킷 증착한 후에, (1) 제 1 다이 패턴 내에서 레이저 다이 패터닝하고, (2) 레이저 패터닝하여, 캐소드의 부분을 어블레이팅함으로써, CCC의 접촉 영역을 드러내고, 전해질 층에서의 전기 절연성 버퍼 영역을 형성함으로써, 레이저 커팅된 에지들이 매우 근접한 경우에, 패터닝된 애노드/ACC의 레이저 커팅된 에지로부터, 패터닝된 CCC/캐소드의 레이저 커팅된 에지를 전기적으로 격리시키기 위한 제 2 시스템을 포함할 수 있다. 시스템들은 클러스터 툴들, 인-라인 툴들, 독립형 툴들, 또는 전술한 툴들 중 하나 또는 그 초과의 조합일 수 있다. 게다가, 시스템들은 다른 시스템들 중 하나 또는 그 초과에 대해 공통인 몇몇 툴들을 포함할 수 있다. 게다가 또한, 장치는 레이저 다이 패터닝 및 레이저 패터닝 후에 캐소드 층을 어닐링하기 위한 제 3 시스템을 포함할 수 있다.
[0058] 본 개시내용의 실시예들에 따른 박막 배터리들을 형성하기 위한 제 2 장치는, 기판 상에 전류 콜렉터 층 및 캐소드 층을 블랭킷 증착하고, 전류 콜렉터 층 및 캐소드 층을 레이저 다이 패터닝하여, 제 1 패터닝된 스택을 형성하기 위한 제 1 시스템 ― CCC의 접촉 영역은 캐소드의 부분의 어블레이션에 의해 드러나게 됨 ―; 제 1 패터닝된 스택 위에 전해질 층, 애노드 층, 및 ACC를 블랭킷 증착한 후에, (1) 제 1 다이 패턴 내에서 레이저 다이 패터닝하고, (2) 레이저 패터닝하여, (임의의 추가적인 캐소드 재료 어블레이션에 대한 필요성 없이) CCC의 접촉 영역을 드러내고, 전해질 층에서의 전기 절연성 버퍼 영역을 형성함으로써, 레이저 커팅된 에지들이 매우 근접한 경우에, 패터닝된 애노드/ACC의 레이저 커팅된 에지로부터, 패터닝된 CCC/캐소드의 레이저 커팅된 에지를 전기적으로 격리시키기 위한 제 2 시스템을 포함할 수 있다. 시스템들은 클러스터 툴들, 인-라인 툴들, 독립형 툴들, 또는 전술한 툴들 중 하나 또는 그 초과의 조합일 수 있다. 게다가, 시스템들은 다른 시스템들 중 하나 또는 그 초과에 대해 공통인 몇몇 툴들을 포함할 수 있다. 게다가 또한, 장치는 레이저 다이 패터닝 및 레이저 패터닝 후에 캐소드 층을 어닐링하기 위한 제 3 시스템을 포함할 수 있다.
[0059] 본 개시내용의 실시예들에 따른 박막 배터리들을 형성하기 위한 제 3 장치는, 기판 상에 전류 콜렉터 층 및 캐소드 층을 블랭킷 증착하고, 전류 콜렉터 층 및 캐소드 층을 레이저 다이 패터닝하여, 제 1 패터닝된 스택을 형성하기 위한 제 1 시스템 ― CCC의 접촉 영역은 캐소드의 부분의 어블레이션에 의해 드러나게 되고, ACC 전부가 노출됨 ―; 제 1 패터닝된 스택 위에 전해질 층을 블랭킷 증착하고, 전해질 층의 부분을 레이저 어블레이팅하여, ACC의 대부분을 노출시킴으로써, 제 2 패터닝된 스택을 형성하기 위한 제 2 시스템; 제 2 패터닝된 스택 위에 애노드 층 및 초기 보호 층을 블랭킷 증착하고, 제 1 다이 패턴 내에서 전해질, 애노드, 및 초기 보호 층들을 레이저 다이 패터닝하고, 초기 보호, 애노드, 및 전해질 층들의 부분들을 레이저 어블레이팅하여, CCC의 접촉 영역을 드러내고, 초기 보호 층, 애노드 층, 및 전해질의 두께의 부분을 레이저 어블레이팅하여, 전해질 층에서의 전기 절연성 버퍼 영역을 형성함으로써, 레이저 커팅된 에지들이 매우 근접한 경우에, 패터닝된 애노드의 레이저 커팅된 에지로부터, 패터닝된 CCC/캐소드의 레이저 커팅된 에지를 전기적으로 격리시키고, 초기 보호 및 전해질 층들의 부분을 레이저 어블레이팅하여, ACC의 접촉 영역을 드러내기 위한 제 3 시스템을 포함할 수 있다. 시스템은 클러스터 툴들, 인-라인 툴들, 독립형 툴들, 또는 전술한 툴들 중 하나 또는 그 초과의 조합일 수 있다. 게다가, 시스템들은 다른 시스템들 중 하나 또는 그 초과에 대해 공통인 몇몇 툴들을 포함할 수 있다. 게다가 또한, 장치는 제 1 레이저 다이 패터닝 및 캐소드 패터닝 후에 캐소드 층을 어닐링하기 위한 제 4 시스템을 포함할 수 있다.
[0060] 본 개시내용의 실시예들에 따른 전기 전도성 기판 상에 박막 배터리들을 형성하기 위한 제 4 장치는, 기판 상에 전류 콜렉터 층 및 캐소드 층을 블랭킷 증착하고, 전류 콜렉터 층 및 캐소드 층을 레이저 다이 패터닝하여, 제 1 패터닝된 스택을 형성하기 위한 제 1 시스템; 제 1 패터닝된 스택 위에 전해질 층, 애노드 층, 및 ACC를 블랭킷 증착한 후에, 제 1 다이 패턴 내에서 레이저 다이 패터닝하기 위한 제 2 시스템을 포함할 수 있다. 시스템들은 클러스터 툴들, 인-라인 툴들, 독립형 툴들, 또는 전술한 툴들 중 하나 또는 그 초과의 조합일 수 있다. 게다가, 시스템들은 다른 시스템들 중 하나 또는 그 초과에 대해 공통인 몇몇 툴들을 포함할 수 있다. 게다가 또한, 장치는 전류 콜렉터 층 및 캐소드 층의 레이저 다이 패터닝 후에 캐소드 층을 어닐링하기 위한 제 3 시스템을 포함할 수 있다.
[0061] 본 개시내용이 TFB 디바이스들, 프로세스 흐름들, 및 제조 장치의 특정한 예들을 참조하여 본원에서 설명되었지만, 본 개시내용의 교시 및 원리들이 더 광범위한 TFB 디바이스들, 프로세스 흐름들, 및 제조 장치에 대해 적용될 수 있다. 예컨대, 본원에서 이전에 설명된 것들로부터 반전된 TFB 스택들 ― 기판 상의 ACC 및 애노드에 이어서 고체 상태 전해질, 캐소드, CCC, 및 봉지 층을 갖는 반전된 스택들에 대한 디바이스들, 프로세스 흐름들, 및 제조 장치가 예상된다. 게다가, 당업자는, 광범위한 디바이스들, 프로세스 흐름들, 및 제조 장치를 생성하기 위해, 본 개시내용의 교시 및 원리들을 어떻게 적용할지를 인식할 것이다.
[0062] 본 개시내용이 TFB들을 참조하여 본원에서 설명되었지만, 본 개시내용의 교시 및 원리들이 또한, 일렉트로크로믹 디바이스들을 포함하는 다른 전기화학 디바이스들을 제작하기 위한 개선된 디바이스들, 프로세스 흐름들, 및 제조 장치에 대해 적용될 수 있다. 당업자는, 다른 전기화학 디바이스들에 대해 특정한 디바이스들, 프로세스 흐름들, 및 제조 장치를 생성하기 위해, 본 개시내용의 교시 및 원리들을 어떻게 적용할지를 인식할 것이다.
[0063] 본 개시내용의 실시예들이 LiPON의 어블레이션 및 버퍼 층들을 형성하기 위해 펨토초 레이저들(펨토초 UV 레이저들을 포함)의 사용을 참조하여 본원에서 설명되었지만, 재료들의 광 흡수 특성들에 따라, 다이 패터닝을 포함하는, 본원에서 설명되는 프로세스 흐름들에서의 레이저 어블레이션에 대해 펨토초 레이저들이 일반적으로 사용될 수 있다.
[0064] 본 개시내용이 특히, 본 개시내용의 특정한 실시예들을 참조하여 설명되었지만, 형태 및 세부사항들에서의 변화들 및 변형들이 본 개시내용의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않으면서 이루어질 수 있다는 것이 당업자에게 쉽게 명백해야 한다.

Claims (15)

  1. 박막 배터리로서,
    기판;
    상기 기판 상의 캐소드 전류 콜렉터 및 애노드 전류 콜렉터 ― 상기 캐소드 전류 콜렉터 및 상기 애노드 전류 콜렉터는 서로 전기적으로 격리됨 ―;
    상기 캐소드 전류 콜렉터 상의 캐소드 층 ― 상기 캐소드 전류 콜렉터의 접촉 영역은 상기 캐소드 층에 의해 덮이지 않음 ―;
    상기 캐소드 층의 상단 표면을 완전히 덮고, 상기 애노드 전류 콜렉터의 부분을 덮는 전해질 층 ― 상기 애노드 전류 콜렉터의 덮이지 않은 부분은 상기 애노드 전류 콜렉터의 접촉 영역임 ―;
    상기 전해질 층 및 상기 애노드 전류 콜렉터 상의 애노드 층
    을 포함하며,
    상기 애노드 전류 콜렉터의 상기 애노드 접촉 영역의 부분은 상기 애노드 층에 의해 덮이지 않고, 상기 애노드 층의 에지로부터, 상기 캐소드 전류 콜렉터의 상기 접촉 영역에 인접한 상기 캐소드 층의 에지를 전기적으로 격리시키기 위한, 상기 전해질 층에서의 전기 절연성 버퍼 영역은 상기 애노드 층에 의해 덮이지 않고, 상기 전기 절연성 버퍼 영역은 상기 애노드 층과 상기 캐소드 전류 콜렉터의 상기 접촉 영역 사이에 있는,
    박막 배터리.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 캐소드 전류 콜렉터의 상기 접촉 영역은 상기 캐소드 전류 콜렉터의 상단 표면의 코너 부분인,
    박막 배터리.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 애노드 전류 콜렉터의 상기 접촉 영역은 상기 애노드 전류 콜렉터의 상단 표면의 코너 부분인,
    박막 배터리.
  4. 제 1 항에 있어서,
    초기 보호 층을 더 포함하며,
    상기 초기 보호 층은 상기 애노드 층의 상단 표면 상에 있고, 상기 애노드 층의 에지들을 넘어서 연장되지 않으면서, 상기 애노드 층의 상단 표면 전부를 덮는,
    박막 배터리.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 초기 보호 층, 상기 애노드 층, 상기 전해질 층, 및 상기 캐소드 층을 완전히 덮는 봉지(encapsulation) 층을 더 포함하는,
    박막 배터리.
  6. 박막 배터리들을 제조하는 방법으로서,
    기판 상에 전류 콜렉터 층 및 캐소드 층을 블랭킷(blanket) 증착하는 단계;
    상기 전류 콜렉터 층 및 상기 캐소드 층을 레이저 다이 패터닝하여, 캐소드 전류 콜렉터 및 애노드 전류 콜렉터를 형성하고, 상기 캐소드 층의 부분들을 레이저 어블레이팅(ablating)하여, 상기 캐소드 전류 콜렉터의 접촉 영역을 드러내고(reveal), 상기 애노드 전류 콜렉터 전부를 노출시킴으로써, 제 1 패터닝된 스택을 형성하는 단계;
    상기 제 1 패터닝된 스택 위에 전해질 층을 블랭킷 증착하는 단계;
    상기 전해질 층의 부분을 레이저 어블레이팅하여, 상기 애노드 전류 콜렉터의 접촉 영역을 노출시킴으로써, 제 2 패터닝된 스택을 형성하는 단계;
    상기 제 2 패터닝된 스택 위에 애노드 층 및 초기 보호 층을 블랭킷 증착하는 단계;
    상기 전류 콜렉터 층 및 상기 캐소드 층의 레이저 다이 패터닝의 다이 패턴 내에서 상기 전해질 층, 상기 애노드 층, 및 상기 초기 보호 층을 레이저 다이 패터닝하는 단계;
    상기 초기 보호 층, 상기 애노드 층, 및 상기 전해질 층의 부분들을 레이저 어블레이팅하여, 상기 캐소드 전류 콜렉터의 상기 접촉 영역을 드러내고, 상기 초기 보호 층, 상기 애노드 층, 및 상기 전해질 층의 두께의 부분을 레이저 어블레이팅하여, 상기 전해질 층에서의 전기 절연성 버퍼 영역을 형성함으로써, 패터닝된 애노드의 레이저 커팅된 에지로부터, 상기 캐소드 전류 콜렉터의 상기 접촉 영역에 인접한 상기 캐소드 층의 레이저 커팅된 에지를 전기적으로 격리시키고, 상기 전해질 층 및 상기 초기 보호 층의 부분을 레이저 어블레이팅하여, 상기 애노드 전류 콜렉터의 상기 접촉 영역을 드러냄으로써, 제 3 디바이스 스택을 형성하는 단계
    를 포함하는,
    박막 배터리들을 제조하는 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 캐소드 층은 상기 전류 콜렉터 층 및 상기 캐소드 층의 상기 레이저 다이 패터닝, 및 상기 캐소드 층의 상기 부분들의 상기 레이저 어블레이팅 후에 어닐링되는,
    박막 배터리들을 제조하는 방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 3 디바이스 스택 상에 봉지 층을 블랭킷 증착하는 단계; 및
    상기 봉지 층을 레이저 어블레이팅하여, 상기 캐소드 전류 콜렉터의 상기 접촉 영역의 부분 및 상기 애노드 전류 콜렉터의 상기 접촉 영역의 부분을 드러냄으로써, 제 4 디바이스 구조를 형성하는 단계
    를 더 포함하는,
    박막 배터리들을 제조하는 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 4 디바이스 스택 상에 제 2 봉지 층을 블랭킷 증착하는 단계; 및
    상기 제 2 봉지 층을 레이저 어블레이팅하여, 상기 캐소드 전류 콜렉터의 상기 접촉 영역의 제 2 부분 및 상기 애노드 전류 콜렉터의 상기 접촉 영역의 제 2 부분을 드러내는 단계
    를 더 포함하며,
    상기 제 2 부분은 상기 제 1 부분보다 더 작은,
    박막 배터리들을 제조하는 방법.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 전해질 층에서의 상기 전기 절연성 버퍼 영역을 형성하기 위한, 상기 전해질 층의 상기 레이저 어블레이팅은 펨토초 UV 레이저를 활용하는,
    박막 배터리들을 제조하는 방법.
  11. 기판 상에 박막 배터리들을 제조하기 위한 장치로서,
    기판 상에 전류 콜렉터 층 및 캐소드 층을 블랭킷 증착하고, 상기 전류 콜렉터 층 및 상기 캐소드 층을 레이저 다이 패터닝하여, 캐소드 전류 콜렉터 및 애노드 전류 콜렉터를 형성하고, 상기 캐소드 층의 부분들을 레이저 어블레이팅하여, 상기 캐소드 전류 콜렉터의 접촉 영역을 드러내고, 상기 애노드 전류 콜렉터 전부를 노출시킴으로써, 제 1 패터닝된 스택을 형성하기 위한 제 1 시스템;
    상기 제 1 패터닝된 스택 위에 전해질 층을 블랭킷 증착하고, 상기 전해질 층의 부분을 레이저 어블레이팅하여, 상기 애노드 전류 콜렉터의 접촉 영역을 노출시킴으로써, 제 2 패터닝된 스택을 형성하기 위한 제 2 시스템; 및
    상기 제 2 패터닝된 스택 위에 애노드 층 및 초기 보호 층을 블랭킷 증착하고, 상기 전류 콜렉터 층 및 상기 캐소드 층의 레이저 다이 패터닝의 다이 패턴 내에서 상기 전해질 층, 상기 애노드 층, 및 상기 초기 보호 층을 레이저 다이 패터닝하고, 상기 초기 보호 층, 상기 애노드 층, 및 상기 전해질 층의 부분들을 레이저 어블레이팅하여, 상기 캐소드 전류 콜렉터의 상기 접촉 영역을 드러내고, 상기 초기 보호 층, 상기 애노드 층, 및 상기 전해질 층의 두께의 부분을 레이저 어블레이팅하여, 상기 전해질 층에서의 전기 절연성 버퍼 영역을 형성함으로써, 패터닝된 애노드의 레이저 커팅된 에지로부터, 상기 캐소드 전류 콜렉터의 상기 접촉 영역에 인접한 상기 캐소드 층의 레이저 커팅된 에지를 전기적으로 격리시키고, 상기 전해질 층 및 상기 초기 보호 층의 부분을 레이저 어블레이팅하여, 상기 애노드 전류 콜렉터의 상기 접촉 영역을 드러냄으로써, 제 3 디바이스 스택을 형성하기 위한 제 3 시스템
    을 포함하는,
    박막 배터리들을 제조하기 위한 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 시스템, 상기 제 2 시스템, 및 상기 제 3 시스템은 인-라인 툴들인,
    박막 배터리들을 제조하기 위한 장치.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 전류 콜렉터 층 및 상기 캐소드 층의 상기 레이저 다이 패터닝, 및 상기 캐소드 층의 상기 부분들의 상기 레이저 어블레이팅 후에, 상기 캐소드 층을 어닐링하기 위한 제 4 시스템을 더 포함하는,
    박막 배터리들을 제조하기 위한 장치.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 3 시스템은 상기 전해질 층에서의 상기 전기 절연성 버퍼 영역을 형성하기 위해 상기 전해질 층을 레이저 어블레이팅하기 위한 펨토초 UV 레이저를 포함하는,
    박막 배터리들을 제조하기 위한 장치.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 3 디바이스 스택 상에 봉지 층을 블랭킷 증착하고, 상기 봉지 층을 레이저 어블레이팅하여, 상기 캐소드 전류 콜렉터의 상기 접촉 영역의 부분 및 상기 애노드 전류 콜렉터의 상기 접촉 영역의 부분을 드러내기 위한 제 5 시스템을 더 포함하는,
    박막 배터리들을 제조하기 위한 장치.
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