(57)【要約】  装置における電気化学デバイスの製造方法は、電気化学デバイス基板を提供すること、基板上にデバイス層を堆積すること、デバイス層の表面再構成、再結晶化、及び高密度化のうちの一以上を生じさせるために、デバイス層にｉｎ‐ｓｉｔｕで電磁放射を印加すること、所望のデバイス層厚さが達成されるまで、堆積と印加とを繰り返すこと、を含み得る。更に、印加は、堆積中であり得る。薄膜電池は、基板、基板上の集電体、集電体上のカソード層、カソード層上の電解質層、及び電解質層上のリチウムアノード層、を含み、ＬＬＺＯ電解質層は、結晶相を有し、ＬＬＺＯ電解質層中のクラックに起因するショートを有さず、前記電解質層と前記カソード層との間に抵抗性の高い中間層を有さない。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
装置における電気化学デバイスの製造方法であって、
電気化学デバイス基板を提供することと、
前記基板の上にデバイス層を堆積することと、
前記デバイス層の表面再構成、再結晶化、及び高密度化のうちの一以上を生じさせるために、前記デバイス層にｉｎ‐ｓｉｔｕで電磁放射を印加することと、
所望のデバイス層厚さが達成されるまで、前記堆積と前記印加とを繰り返すことと
を含む、方法。
【請求項２】
前記印加が前記堆積の後である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記印加が前記堆積中である、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記電気化学デバイス基板が、前記電気化学デバイス基板の表面上のデバイス層のスタックを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記電気化学デバイスが薄膜電池である、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記電磁放射の印加がレーザ処理である、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記デバイス層がＬｉＣｏＯ２材料の層である、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記デバイス層がＬＬＺＯ材料の層である、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記印加が、レーザパルストレインアニールを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記印加が、熱収支管理を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
電気化学デバイスを製造するための装置であって、
基板の上にデバイス層を堆積する第１のシステム、
前記デバイス層の表面再構成、再結晶化、及び高密度化のうちの一以上を生じさせるために、前記デバイス層に電磁放射を印加する第２のシステム、
前記堆積を繰り返す第３のシステム、並びに前記印加を繰り返す第４のシステム
を含む、装置。
【請求項１２】
前記装置はインライン装置である、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記第２のシステムがレーザを含み、前記第４のシステムがレーザを含む、請求項１１に記載の装置。
【請求項１４】
前記印加が前記堆積中である、請求項１１に記載の装置。
【請求項１５】
基板、
前記基板上の集電体、
前記集電体上のカソード層、
前記カソード層上の電解質層、及び
前記電解質層上のリチウムアノード層
を含む薄膜電池であって、
ＬＬＺＯ電解質層が、結晶相を有し、前記ＬＬＺＯ電解質層中のクラックに起因するショートを有さず、前記電解質層と前記カソード層との間の界面に抵抗性の高い中間層を有さない、薄膜電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は２０１４年１０月３１日出願の米国仮特許出願第６２／０７３，８１８号の利益を主張し、その内容は参照により全体として本書に組み込まれる。
【０００２】
分野
本開示の実施形態は、概して、電気化学デバイスの製造ツール及び方法に関し、より詳細には、ただし非限定的に、レーザ処理を電気化学デバイス層の堆積と統合することに関する。
【背景技術】
【０００３】
固体薄膜電池（ＴＦＢ）などの電気化学デバイスは、集電体、カソード（正極）、固体電解質、及びアノード（負極）を含む多くの層の積層体を含む。そのようなデバイス製造における課題は、それらデバイスに使用するセラミックス、誘電体、金属酸化物、リン酸窒化物などの材料のタイプを考慮して、完成したデバイスの性能が十分となるのに必要な結晶化度、結晶相、表面モルフォロジ、材料密度、及びピンホール密度を有した材料の層を形成することである。これらの材料は表面移動度が低く、所望の特性を有する材料を形成するための活性化エネルギーが高い。デバイスの性能、収率、製造容易性、及びコストは、どの程度良好且つ容易に、十分な結晶化度、相、及び密度を有する層が作成可能かにかかっているであろう。所望の材料特性を有するデバイス層を製造するためのツール及び方法に対する需要が存在することは明らかである。
【発明の概要】
【０００４】
本開示は、電気化学デバイス層の特性を向上させる堆積及び処理のためのツール及び方法を示す。電気化学デバイスは、薄膜電池（ＴＦＢ）、エレクトロクロミックデバイスなどのエネルギー貯蔵デバイスを含む。対象となる層の特性は、結晶化度、表面モルフォロジ、材料密度、及びピンホール密度を含む。ハードウェア及び方法は、デバイス層のｉｎ‐ｓｉｔｕでのレーザ処理を、層の堆積と統合することを含み、ハードウェア及び方法は材料タイプと堆積方法（ＰＶＤ、ＣＶＤ、ＡＬＤなど）の両方に依存しない。
【０００５】
ある実施形態では、装置における電気化学デバイスの製造方法が、電気化学デバイス基板を提供することと、基板上にデバイス層を堆積することと、デバイス層の表面の再構成、再結晶化、及び高密度化のうちの一以上を生じさせるために、デバイス層にｉｎ‐ｓｉｔｕで電磁放射を印加することと、所望のデバイス層厚さが達成されるまで堆積と印加とを繰り返すことと、を含む。
【０００６】
ある実施形態では、電気化学デバイスの製造装置が、基板上にデバイス層を堆積する第１のシステムと、デバイス層の表面の再構成、再結晶化、及び高密度化のうちの一以上生じさせるために、デバイス層に電磁放射を印加する第２のシステムと、堆積を繰り返す第３のシステムと、印加を繰り返す第４のシステムと、を含む。
【０００７】
ある実施形態では、薄膜電池が、基板と、基板上の集電体と、集電体上のカソード層と、カソード層上の電解質層と、電解質層上のリチウムアノード層とを含み、ＬＬＺＯ電解質層が、結晶相を有し、ＬＬＺＯ電解質層中のクラックに起因するショートを有さず、電解質層とカソード層との間の界面に抵抗性の高い中間層を有さない。
【０００８】
本開示の上記の態様及び特徴と、その他の態様及び特徴とは、添付の図と併せて特定の実施形態についての下記の説明を確認することで、当業者には明らかになろう。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】ある実施形態によるＴＦＢデバイスの第１の実施例の断面図である。
【図２】ある実施形態によるＴＦＢデバイスの第２の実施例の断面図である。
【図３】ある実施形態によるインライン処理システムを上から見下ろした平面概略図である。
【図４】ある実施形態による、電気化学デバイス層のレーザ支援堆積の第１の処理フローである。
【図５】ある実施形態による、電気化学デバイス層のレーザ支援堆積の第２の処理フローである。
【図６】ある実施形態による、図３のインライン処理システムで用いられ得るスパッタ堆積ツールの実施例の概略図である。
【図７】ある実施形態による、図３のインライン処理システムで用いられ得る第１のレーザ処理ツールの実施例の概略図である。
【図８】ある実施形態による、図３のインライン処理システムで用いられ得る第２のレーザ処理ツールの実施例の概略図である。
【図９】ある実施形態による、図３のインライン処理システムで用いられ得る第３のレーザ処理ツールの実施例の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
これより、本開示の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。これらの図面は、当業者が本開示を実践できるように、本発明の例示として提供されている。本書の図面は、縮尺通りに描かれていない、デバイス及びデバイスプロセスフローの図を含む。とりわけ、図及び以下の例は、本開示の範囲を単一の実施形態に限定することを意図するものではなく、説明又は図示する要素の一部又は全てを入れ替えることによって、他の実施形態も可能になる。更に、既知の構成要素を使用して、本開示のある要素を部分的に又は完全に実装可能である場合、かかる既知の構成要素のうちの、本開示の理解に必要な部分のみを説明し、かかる既知の構成要素の他の部分の詳細な説明は、本開示を曖昧にしないように省略する。本開示では、単数の構成要素を示す実施形態を限定的と見なすべきではなく、むしろ、本明細書に別段の明示的な記載がない限り、その開示は、複数の同一の構成要素を含む他の実施形態を包含することが意図されており、逆もまた然りである。さらに、本開示中の任意の用語は、明記されていない限り、一般的でなかったり、特殊な意味を有したりすることは意図されていない。さらに、本開示は、例示のために本明細書で言及されている既知の構成要素の、現在知られている均等物及び将来知られることになる均等物も包含する。
【００１１】
本開示は、電気化学デバイス層の特性を向上させる堆積及び処理のためのツール及び方法を示す。電気化学デバイスは、薄膜電池（ＴＦＢ）、エレクトロクロミックデバイスなどのエネルギー貯蔵デバイスを含む。対象となる層の特性は、結晶化度、表面モルフォロジ、材料密度、及びピンホール密度を含む。ハードウェア及び方法は、材料タイプと堆積方法（ＰＶＤ、ＣＶＤ、ＡＬＤなど）の両方に依存しない。デバイス層の材料特性を向上させる方法は、表面移動度及び結晶化に関連するエネルギー問題を克服するために、堆積システムにエネルギーを付与することを含む。本書では、処理ハードウェア及び製造方法にレーザ処理を統合することを提案する。更に、堆積中の加熱を所望の層のみに限定することによって、デバイス全体に対して熱収支を最小限に抑え、それにより、熱が広範囲に広がることを抑えることも可能となり得る。この問題もまた、処理ハードウェアと製造方法にレーザ処理を統合することによって解決し得る。レーザ処理が統合された線形の堆積システムの概略図を図３に示す。図４−５には処理フローを示す。これらについては下記で詳述する。
【００１２】
カソード材料の結晶化度及び相をｉｎ‐ｓｉｔｕで向上させることにより、プロセスの統合が単純化しデバイス性能が向上し得る。例えば、堆積後アニール中の熱収支が低いことによりスタックの応力が低下するので、収率が上がりデバイスのロバスト性が長期化する。より良好な（カソードの）表面モルフォロジ及び（電解質の）ピンホール密度がゼロであることにより、デバイスの収率が向上し単位あたりの製造コストが削減され得る。電解質の堆積でピンホール密度ゼロをより薄い層で達成できるならば、所与の生産能力に対して堆積する膜厚への要件が少なくなり、製造コストの大幅な削減となり得る。更に、このように電解質の厚さが低減することによって、デバイスの内部インピーダンス低下によるデバイス性能の向上につながり得る。カソード層の材料密度（デバイスのエネルギー含量に相当）の向上によって、所与の層厚に対するエネルギー含量がより高くなり得る。質量密度及びエネルギー密度のそのような向上を利用して、体積及び重量エネルギー密度の高いデバイスが作成され得る。
【００１３】
図１は、カソード集電体１０２とアノード集電体１０３、その後カソード１０４、電解質１０５、及びアノード１０６が基板１０１上に形成された、第１のＴＦＢデバイス構造１００を示す。デバイス層のうちの一以上は本開示に実施形態による統合されたレーザ処理及び堆積を用いて形成されているが、デバイスがカソード、電解質、及びアノードで逆の順序で製造されていてもよい。基板１０１の上部に層が図示されているが、これは導電性の基板（金属など）の使用時にアノードとカソード集電体を電気的に絶縁するのに用いるオプションの絶縁層であることに留意されたい。更に、カソード集電体（ＣＣＣ）とアノード集電体（ＡＣＣ）とが別々に堆積されてもよい。例えば、ＣＣＣがカソードの前に堆積され、ＡＣＣが電解質の後に堆積されてもよい。環境に敏感な層を酸化剤から保護するために、デバイスが封入層１０７によって覆われ得る。図１に示したＴＦＢデバイスでは、コンポーネント層が必ずしも縮尺どおりに描かれていないことに留意されたい。図１の構造はシャドウマスクを用いて形成した典型的なデバイスである。
【００１４】
図２は、基板２０１（例えばガラス）、集電体層２０２（例えばＴｉ／Ａｕ）、カソード層２０４（例えばＬｉＣｏＯ２）、電解質層２０５（例えばＬｉＰＯＮ）、アノード層２０６（例えばＬｉ、Ｓｉ）、ＡＣＣ層２０３（例えばＴｉ／Ａｕ）、それぞれＡＣＣ及びＣＣＣのための接合パッド（例えばＡｌ）２０８及び２０９、並びにブランケット封入層２０７（例えばポリマー、窒化ケイ素）を含む、第２の例のＴＦＢデバイス構造２００を示す。デバイス層のうちの一以上は本開示に実施形態による統合されたレーザ処理及び堆積を用いて形成されている。図２に示したＴＦＢデバイスでは、コンポーネント層が必ずしも縮尺どおりに描かれていないことに留意されたい。図２の構造は、層の直接パターニング、例えばレーザアブレーションを用いて形成された典型的なデバイスである。
【００１５】
図１及び２に関連した上述の具体的なＴＦＢデバイス構造は例に過ぎず、本開示の実施形態は多種多様なＴＦＢ構造に応用され得ることが期待されている
【００１６】
更に、種々のＴＦＢデバイス層に多様な材料が用いられ得る。例えば、基板がガラス基板であり得、カソード層が（例えば、ＲＦスパッタリング、パルスＤＣスパッタリングなどで堆積した）ＬｉＣｏＯ２層であり得、アノード層が（例えば、蒸着、スパッタリングなどで堆積した）Ｌｉ金属層であり得、電解質層が（例えば、ＲＦスパッタリングなどで堆積した）ＬｉＰＯＮ層であり得る。しかしながら、本開示は様々な材料を含む多種多様なＴＦＢに応用され得ることが期待されている。更に、これらの層の、実施形態によるレーザ処理が統合された堆積技術は、ＰＶＤ、ＰＥＣＶＤ、反応性スパッタリング、非反応性スパッタリング、ＲＦスパッタリング、マルチ周波数スパッタリング、電子及びイオンビーム蒸着、ＣＶＤ、ＡＬＤなどの堆積技術を含み得る。堆積方法は、プラズマスプレー、噴霧熱分解、スロットダイコーティング、スクリーン印刷等といった、非真空ベースのものでもあり得る。ＰＶＤスパッタ堆積処理については、処理がＡＣ、ＤＣ、パルスＤＣ、ＲＦ、ＨＦ（例えば、マイクロ波）などであり得るか、又はそれらの組み合わせであり得る。
【００１７】
ＴＦＢの種々の構成要素層の材料の例は、下記のうちの一以上を含み得る。基板は、シリコン、Ｓｉ上の窒化ケイ素、ガラス、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、マイカ、銅などの金属箔であり得る。ＡＣＣ及びＣＣＣは、Ａｇ、Ａｌ、Ａｕ、Ｃａ、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｓｎ、Ｐｄ、Ｚｎ、及びＰｔのうちの一以上であってよく、合金化され且つ／又は別々の材料の複数の層に存在し且つ／又はＴｉ、Ｎｉ、Ｃｏ、高融点金属、及び超合金などのうちの一以上の接着層を含み得る。カソードは、ＬｉＣｏＯ２、Ｖ２Ｏ５、ＬｉＭｎＯ２、Ｌｉ５ＦｅＯ４、ＮＭＣ（ＮｉＭｎＣｏ酸化物）、ＮＣＡ（ＮｉＣｏＡｌ酸化物）、ＬＭＯ（ＬｉｘＭｎＯ２）、ＬＦＰ（ＬｉｘＦｅＰＯ４）、ＬｉＭｎスピネルなどであり得る。固体電解質は、ＬｉＰＯＮ、ＬｉＩ／Ａｌ２Ｏ３混合物、ＬＬＺＯ（ＬｉＬａＺｒ酸化物）、ＬｉＳｉＣＯＮ、Ｔａ２Ｏ５などの材料を含むリチウム伝導性電解質材料であり得る。アノードは、Ｌｉ、Ｓｉ、シリコン‐リチウム合金、硫化ケイ素リチウム、Ａｌ、Ｓｎ、Ｃなどであるか、又はＬｉ４Ｔｉ５Ｏ１２などの他の低電位Ｌｉ塩であり得る。
【００１８】
アノード／負極層は、純粋なリチウム金属であってもよく、又はＬｉ合金であってもよい。Ｌｉは例えばスズ等の金属又はケイ素などの半導体と合金化されていてよい。Ｌｉ層は約３μｍ厚さ（カソード及び容量バランスについて適切であるように）であってよく、封入層は３μｍであるか又はこれよりも厚くてよい。封入層はポリマー／パリレンと、金属及び／又は誘電体との多層であり得る。Ｌｉ層と封入層の形成の間、部品はアルゴンガス又はドライ室などの不活性又は超低湿度環境で維持されるべきであることに留意されたい。しかしながら、ブランケット封入層の堆積後、不活性環境の要件が緩和されるであろう。Ｌｉ層の保護にＡＣＣが使用されて、真空の外でのレーザアブレーションが可能となり、不活性環境の要件が緩和され得る。
【００１９】
更に、カソード側及びアノード側の双方の金属集電体が、往復するリチウムイオンに対する保護バリアとして機能し得る。更に、アノード集電体が、周囲からの酸化剤（例えば、Ｈ２Ｏ、Ｏ２、Ｎ２など）に対するバリアとして機能し得る。従って、集電体金属は、「双方向」（即ち、Ｌｉが金属の集電体へと移動し固溶体を形成すること、及びその逆）でリチウムと接触する、反応又は混和性が最小限であるように選択され得る。更に、金属の集電体は、周囲からの酸化剤に対する反応性及び拡散性の低さで選択され得る。第１の要件について可能な候補の幾つかは、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ａｕ、Ｃａ、Ｃｏ、Ｓｎ、Ｐｄ、Ｚｎ、及びＰｔであり得る。幾つかの材料では、金属層間で反応／拡散が存在しないことを確実にするために、熱収支の管理が必要であり得る。単一の金属素子では両方の要件が満たされ得ない場合には、合金を考慮に入れてもよい。また、単一の層では両方の要件が満たされ得ない場合には、二重の（又は複数）の層を用いてもよい。更に、前述した高融点及び非酸化性の層のうちの１つの層との組み合わせで追加の接着層、例えばＡｕとの組み合わせでＴｉ接着層が用いられてもよい。集電体は、層（例えば、Ｃｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｐｔ、及びＡｕなどの金属、金属合金、半金属又はカーボンブラック）を形成するための金属ターゲットの（パルス）ＤＣスパッタリングによって堆積され得る。更に、往復するリチウムイオンに対する、誘電体層などの保護バリアを形成するための他のオプションも存在する。
【００２０】
図３は、インライン垂直堆積システム３００を見下ろした平面概略図を一例として示す。システムは、様々な層の減圧下での堆積を可能にする、構成要素（真空ポンプ３０２、ロードロック３０３、基板３１０が通り複数の堆積源３２１−３２４（例えば、スパッタ堆積源）及びレーザ処理ツール３３１−３３４の前を通過するチャンバ／導管）を備えた複数のモジュールチャンバ３０１を含み得る。堆積源は異なるデバイス層用であってもよく、或いは、必要に応じて、特定のデバイス層の厚みをビルドアップするための同じ材料の複数の堆積用であってもよい。堆積システムが垂直の基板配向で示されているが、実施形態では水平配向の基板のインライン堆積システムが用いられてもよい。更に、幾つかの実施形態では、非真空堆積及びレーザ処理が用いられてもよく、幾つかの実施形態ではシステム内で真空と非真空モジュールの混合であってもよい。
【００２１】
堆積した材料の品質を向上すべく堆積した層にエネルギーを供給するための、レーザ処理ツールの堆積源に対する戦略的な位置が、図３に示されている。レーザ処理の統合には複数の構成が存在する。レーザ処理ツールの具体的な数と位置は、幾つかの要因のなかでも、層厚さ（ソースからの堆積速度）、効果を誘発するための所望のエネルギーレベル、及びキャリアの速度に依存するであろう。レーザ処理ツールとデバイス層堆積源との統合には２つの異なる態様が存在する。第１は、真正なレーザ支援モードであって、レーザビームは基板／デバイススタック表面上のスパッタリング／堆積ゾーンに向けられる（図３のソース３／レーザ３）。第２は、堆積した層の、ｉｎ−ｓｉｔｕではあるが堆積後の熱処理（表面再構成／再結晶化／高密度化）である（図３のソース１、２、及び４／レーザ１、２、及び４）。第２の場合、レーザビームがスパッタリング／堆積プラズマゾーンを超えるように、レーザ処理ツールは２つの堆積源の間に配置され得る。
【００２２】
更に、インラインシステムの種々の処理モジュール内で、独立した真空ポンプを有するモジュール間のゲートバルブ／制限開孔を用いて、ガス環境（圧力及び組成）が独立に制御され得る。例えば、レーザ処理モジュール内でＬｉＣｏＯ２（ＬＣＯ）デバイス層のアニール中、より高い酸素分圧を維持することにより、材料特性が向上し得る（１５％〜１００％Ｏ２チャンバ環境という高い酸素分圧）が、ＬＣＯの高温相の形成（所望の結晶化度）を促進するであろう）。ＬｉＣｏＯ２カソード（最大で約３０〜５０ミクロンという比較的厚いデバイス層）の堆積にこの方法を用いる場合、複数の順次の堆積及びレーザアニールが必要であり得、レーザアニールモジュールでの酸素分圧が堆積モジュールよりも高いレベルで維持されるであろう。最大で約３ミクロン厚さのデバイス層であるＬＬＺＯ電解質の堆積では、複数の順次の堆積及びレーザアニールが必要であり得、レーザアニールモジュールでの酸素分圧が堆積モジュールよりも高いレベルで維持されるであろう。
【００２３】
レーザは下記のように選択され得る。第１に、波長が、堆積する層の光学的特性（ｎ値及びｋ値に対する周波数に基づく光吸収）、選択性が必要な場合には周囲の材料のｋ値の最大値から離れた波長、に基づいて選択される。第２に、熱負荷の所望の「深度および期間」（局所化を最大化するためにより高いパルス周波数）、及び所望の消散／伝播に基づいて、パルス周波数及び露出時間（又はラスタ速度）が選ばれる。ＣＷレーザを検討してもよい。第３に、層の表面再構成／結晶相／結晶化度／の高密度化などの所望の効果を達成するために十分な電力が選択される。本明細書はこれらのバッテリ材料に注目しているが、本書に記載の方法は他の材料タイプ、堆積方法、及び用途にも同じく応用される。
【００２４】
ＬｉＣｏＯ２材料層を処理するためのレーザの選択の一例は、固体Ｎｄ：ＹＡＧ周波数２倍５３２ｎｍレーザであり、別の例としてはおよそ０．５ミクロンに周波数を倍加させたファイバレーザである。  
【００２５】
図４及び図５は、実施形態による電気化学デバイス層の堆積処理フローの例を示す。図４に示すように、電気化学デバイスの製造プロセスは、電気化学デバイス基板／デバイスのスタックを提供すること（４０１）、基板／デバイススタック上にデバイス層を堆積すること（４０２）、堆積後、デバイス層の表面再構成／再結晶化／高密度化を生じさせるために、デバイス層をレーザ処理すること（４０３）、所望のデバイス層厚さが達成されるまで、堆積とレーザ処理を繰り返すこと（４０４）、を含み得る。電気化学デバイスは、ＴＦＢ、エレクトロクロミックデバイス、又はその他のデバイスであり得る。デバイス層は、ＬｉＣｏＯ２材料、ＬＬＺＯ材料、又はその他の電気化学デバイス材料の層であり得る。この方法がＬｉＣｏＯ２カソード（最大でおよそ３０〜５０ミクロンの比較的厚いデバイス層）の堆積に用いられる場合、複数の順次の堆積とレーザアニールとが必要となることがある。
【００２６】
図５に示すように、電気化学デバイスの製造プロセスは、電気化学デバイス基板／デバイスのスタックを提供すること（５０１）、基板／デバイススタック上にデバイス層を堆積し、堆積中、デバイス層の表面再構成／結晶化／高密度化を促進するためにデバイス層をレーザ処理すること（５０２）、所望のデバイス層厚さが達成されるまで堆積とレーザ処理を繰り返すこと（５０３）、を含み得る。電気化学デバイスは、ＴＦＢ、エレクトロクロミックデバイス、又はその他のデバイスであり得る。デバイス層は、ＬｉＣｏＯ２材料、ＬＬＺＯ材料、又はその他の電気化学デバイス材料の層であり得る。
【００２７】
実施形態で、デバイス層は下記の通り電磁放射のパルスに晒され得る。一般に、基板上には複数の処理ゾーンが画定されており、順次パルスに晒される。一実施形態で、パルスはレーザ光のパルスであり得る。各パルスは、周波数２倍Ｎｄ：ＹＡＧレーザによって送達される際、約２００ｎｍ〜約１２００ｎｍ、例えば約５３２ｎｍの波長を有する。ある実施形態で、エネルギーの送達にＣＯ２レーザが用いられてもよい。赤外光、紫外光、及び他の可視光波長などの他の波長も用いられ得る。パルスは一以上の電磁放射源から送達されてもよく、光学又は電磁アセンブリを介して送達されて、パルスが整形されるか又はその他の方式で選択された特性が改変されてもよい。
【００２８】
デバイス層は、レーザ光のパルスを用いた処理によって、表面再構成／再結晶化／高密度化が許容される温度へと徐々に加熱され得る。レーザ光の各パルスは、各パルスが衝突するデバイススタックの部分を加熱してデバイス層の表面の再構成／再結晶化／高密度化を引き起こすのに十分なエネルギーを有し得る。例えば３０ｎｓレーザパルスで、各パルスは、約０．１Ｊ／ｃｍ２〜約１．０Ｊ／ｃｍ２のエネルギーを送達し得、より一般的には、パルス期間に応じてフルエンスの調整が数ｍＪ／ｃｍ２〜数Ｊ／ｃｍ２の範囲内で必要である。単一パルスが基板表面に衝突し、そのエネルギーを熱として基板材料に伝える。表面に衝突するはじめのパルスは固体材料に衝突し活性化温度へと加熱する。はじめのパルスが送達するエネルギーに応じて、表面領域は約６ｎｍ〜約６０ｎｍの深さまで加熱され得る。次に表面に到達するパルスは活性化された材料に衝突し、活性化された材料を貫通して周辺の材料へと伝播し、デバイス層を更に活性化する熱エネルギーを送達する。このようにして、電磁放射のパルスが順次、連続する各パルスによってデバイス層を貫通して進む、活性化された材料のフロントを形成し得る。デバイス層の活性化部分が、表面再構成／再結晶化／高密度化され、材料特性が向上したデバイス層が形成される。
【００２９】
更に、ある実施形態では、パルス間の間隔が、各パルスが付与するエネルギーが完全に散逸するのに十分長いものとされ得る。このようにして、各パルスがマイクロアニールサイクルを完了する。パルスは一度に基板全体に送達されてもよく、或いは一回に基板の一部に送達されてもよい。
【００３０】
更に、ある実施形態では、デバイス層のアニールの熱収支が管理されて、デバイススタック中のデバイス層内、及び隣り合うデバイス層間での熱誘起応力が低減し得る。例えば、ウエハの特定の領域への第１のレーザパルスが、周囲温度とアニール温度との間の温度へとウエハを予熱して、予熱領域を作成し、次に第２のレーザパルスが予熱した領域の一部分の温度をアニール温度へ上昇させてもよい。熱応力を低減するために、アニールされる部分は予熱した材料で囲まれている。この手法を用いれば、アニールすべきデバイス層の熱応力を低減するために、予熱した領域を常にアニールフロントよりも前に有した状態で、且つ、デバイススタック中の隣り合う層間の熱応力を低減するために、予熱した領域を常にアニールする部分よりも下に有した状態で、アニールフロントがデバイス層にわたって移動し得る。更に、熱収支の管理は、スタックの最上層をアニールする際に、デバイス層スタック中に堆積する熱量を最小限に抑え、スタック中の下層が晒される温度を低減するために用いられ得る。後者は、例えば、結晶性アノード層をＬｉＰＯＮ電解質上で、ＬｉＰＯＮ電解質のアモルファス状態を変えることなくアニールすることを可能にするために重要である。そのような結晶性アノード材料の例は、カソード材料よりも低い対リチウム化学的電位を有するＬｉ４Ｔｉ５Ｏ１２などのＬｉ塩材料である。
【００３１】
本書で提案するレーザ支援堆積により、ＬＬＺＯ電解質層の堆積が、この電解質材料を作成する堆積後アニールの悪影響をなくすか或いは最小限に抑えつつ所望の結晶相を作成することによって、可能となる。まず、結晶相（微晶質又はアモルファスの逆）のＬＬＺＯは、最も高いイオン伝導率を有する。立方晶ＬＬＺＯのイオン伝導率は１０Ｅ−４Ｓ／ｃｍ程度である。高温の場合、そのような結晶相を達成するには堆積後アニールが必要であり、電解質／カソード界面で層がカソードと反応し、バッテリの動作（正極−電解質の界面におけるＬｉイオンと電子との間の電気化学反応）に必要なＬｉイオンインターカレーション反応に悪影響を及ぼすであろう中間層を形成するであろうことが予期される。ＬＬＺＯとカソード材料との間の反応の副生成物は、焼成温度及び具体的なカソード材料などに応じて、電気化学的に不活性（ブロッキング）であるか、或いは、ある実施形態ではＬＬＺＯ電解質層のイオン伝導率よりも数倍（もしくはそれよりも更に）低いイオン伝導率を有し、ある実施形態ではＬＬＺＯ電解質層のイオン伝導率よりも１桁（もしくはそれよりも更に）低いイオン伝導率を有するであろう。（カソードとＬＬＺＯとの間の、反応した中間層は、ある実施形態ではＬｉＰＯＮ又はＬＬＺＯのアモルファス相よりも低いイオン伝導率、典型的には１０Ｅ−７Ｓ／ｃｍ以下、を有する）。更に、堆積後アニールが熱応力を引き起こすであろうことが予期される（アニール処理の熱冷サイクルが応力誘発性クラックを層に引き起こし、これにより後にＬｉアノードを堆積する際のショート経路をもたらす）。従って、ＬＬＺＯ層が、堆積後の熱処理なしに或いは最小限に抑えて、堆積中に望ましい結晶化度で形成され得るならば、そのような悪状況を回避することができる。本書に記載の、適切な波長及びパルス期間選択によるレーザを用いたレーザ熱処理は、必要な層（ＬＬＺＯ）に対する加熱を制限し、界面及び／又は基板に影響することなく、界面反応及び応力形成を最小限に抑えて、望ましい結晶化及び相の形成反応を生じさせることができる。同時に、この方法は、より薄い成長層によるシンプル且つ改善された高密度化ルートを可能にし、スタック厚さ全体のアニールを回避する。従って、このｉｎ‐ｓｉｔｕレーザ支援堆積によって、層を製造及び形成するための従来の方法論における制限を克服することができる。
【００３２】
例えば、実施形態によれば、薄膜電池は、基板、基板上の集電体、集電体上のカソード層、カソード層上の電解質層、及び電解質層上のリチウムアノード層、を含み得、ＬＬＺＯ電解質層は結晶相を有し、ＬＬＺＯ電解質層中のクラックに起因するショートがなく、電解質層とカソード層との間に抵抗性の高い中間層がない。
【００３３】
ＬＣＯ層形成のロジックは、ＬＬＺＯのそれと似ている。内部応力と表面／バルククラックを最小限に抑えたＬＣＯのｉｎ‐ｓｉｔｕ高密度化及び相形成は、デバイス性能と収率の向上につながるであろうことが期待される。応力を最小限に抑えた緻密なＬＣＯ膜は、ＬＣＯの稼働数（ｃａｐａｃｉｔｙ  ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ  ｎｕｍｂｅｒｓ）に対する理論上の制限を改善するであろうことが期待される。応力が低下し表面モルフォロジが向上することにより、後の電解質堆積中及びバッテリが動作時にサイクルによる体積膨張と収縮を経ても、デバイス収率と安定性が改善するであろう。
【００３４】
図３に戻ると、インライン堆積システムで用いられ得る堆積ツールの例は、図６に示すようなプラズマ支援スパッタ堆積システムである。図６は、本実施形態による堆積方法のために構成された堆積ツール６００の一例の概略表示である。堆積ツール６００は、真空チャンバ６０１、スパッタターゲット６０２、及び、基板６０４をスパッタ堆積中に保持しスパッタ堆積ツール６００にわたり移動させるための基板キャリア６０３を含む。チャンバ６０１は、チャンバ内の圧力を制御する真空ポンプシステム６０５、及び処理ガス供給システム６０６を有する。さらに、図６は追加の電源６０７を示す。電源６０７は、基板もしくはターゲットに接続され得るか、ターゲットと基板との間に接続され得るか、或いは電極６０８を使用してチャンバ内のプラズマに直接連結され得る。後者の一例は、電源６０７を、アンテナ（電極６０８）を使用してプラズマに直接結合されたマイクロ波電源とすることであるが、遠隔プラズマ源など、多くの他の方法でプラズマにマイクロ波エネルギーを提供することもできる。プラズマと直接連結されるマイクロ波源は、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）源を含むことができる。
【００３５】
複数の電源が、図６のターゲットに接続され得る。各ターゲット電源は、高周波数（ＲＦ）電源を取り扱う整合ネットワークを有する。同じターゲット／基板に接続されて異なる周波数で動作する２つの電源の使用を可能にするためにフィルタが使用され、フィルタは、低い方の周波数で動作するターゲット／基板電源を高い方の周波数の電力による損傷から保護するように作用する。同様に、基板に複数の電源を接続することができる。基板に接続された各電源は、高周波数（ＲＦ）電源を取り扱う整合ネットワークを有する。更に、異なるキャリア／チャンバインピーダンスを引き起こして、処理チャンバ内でターゲット及び基板を含む表面の自己バイアスを変調することにより、異なる（１）ターゲット上のスパッタリング収率、及び（２）成長キネティクスを変調する吸着原子の運動エネルギー、を誘発すべく、ブロッキングコンデンサが基板キャリア６０３に接続されていてもよい。ブロッキングコンデンサの静電容量は、処理チャンバ内の種々の表面、主に基板表面およびターゲット表面で、自己バイアスを変化させるように調整され得る。
【００３６】
図６は水平の平坦なターゲット及に基板を有するチャンバ構成を示しているが、ターゲット及び基板が、図３に示すような垂直インラインシステムへの統合のために、垂直平面に保持されていてもよい。ターゲット６０２は、図示のように回転又は振動する円筒形ターゲットであり得、回転可能なデュアル円筒形ターゲットが用いられてもよく、或いは、ターゲットが何らかの他の非平坦なもしくは平坦な構成を有していてもよい。ここで、「振動する」という用語は、ＲＦ電力の伝送に適したターゲットへのソリッドな電気接続に対応できるような任意の１方向における制限された回転運動を指すために使用される。さらに、各電源に対して、整合ボックスおよびフィルタを組み合わせて単一のユニットにすることができる。幾つかの実施形態による堆積ツールでは、これらの変形形態の１つまたは複数を利用することができる。
【００３７】
ある実施形態では、図６の堆積システム中で、基板、ターゲット、及び／又はプラズマに適切な電源を連結することで電源の別の組み合わせが用いられてもよい。使用されるプラズマ堆積技法のタイプに応じて、基板およびターゲット電源は、ＤＣ源、パルスＤＣ（ｐＤＣ）源、ＡＣ源（周波数はＲＦ未満、通常は１ＭＨｚ未満）、ＲＦ源などから、それらの任意の組合せで選択することができる。追加の電源は、ｐＤＣ、ＡＣ、ＲＦ、マイクロ波、遠隔プラズマ源などから選択されてよく、ＲＦ電力は連続波（ＣＷ）またはバーストモードで供給され得る。さらに、ターゲットは、ＨＰＰＭ（高出力パルスマグネトロン）として構成することができる。例えば、組み合わせには、ターゲットにおけるデュアルＲＦ源、ターゲットにおけるｐＤＣ及びＲＦ、などが含まれ得る。（絶縁性誘電体ターゲット材料にはターゲットにおけるデュアルＲＦが好適であり得るが、導電性ターゲット材料にはターゲットにおけるｐＤＣ及びＲＦ、もしくはＤＣ及びＲＦが用いられ得る。さらに、基板バイアス電源のタイプは、基板ペデスタルが許容可能なもの及び所望の効果に基づいて選択することができる。）
【００３８】
上述のように、堆積及びレーザ処理のハードウェア及び処理方法は、材料堆積の方法に依存しないことが期待される。従って、図６を参照して記載した堆積ハードウェア及び方法は、多くの堆積オプションのうちの１つにすぎない。
【００３９】
図３に戻り、電気化学デバイス層のｉｎ‐ｓｉｔｕ熱処理のためのインライン堆積システムで用いられ得るレーザ処理ツールの例が図７−９で示されている。一般に、レーザ処理ツールは、下記の特徴のうちの一以上を有し得る。Ｎｄ：ＹＡＧ、ＣＯ２及びファイバレーザなどの一以上のレーザ、レーザスポットのサイズ及び形状変化、例えば回転ポリゴン、検流計スキャナなどを用いた電気化学デバイスの表面上でのレーザビームの動き、パルストレイン能力、及び、熱収支管理能力。
【００４０】
図７は、幾つかの実施形態に係る装置７００の概略断面図である。装置は、一般にチャンバ７０１を含み。基板キャリア７０２がチャンバ７０１を通ることができる。電磁エネルギー源７０４がチャンバ内に配置されているか、或いは別の実施形態ではチャンバ外に配置されて電磁エネルギーをチャンバ壁の窓を通じてチャンバに送達してもよい。電磁エネルギー源７０４は、レーザビームなどの一以上の電磁エネルギービーム７１８を一以上のエミッタ７２４から光学アセンブリ７０６の方へ案内する。光学アセンブリ７０６は電磁アセンブリであってもよく、電磁エネルギーの一以上のビームを電磁エネルギーのトレイン７２０に形成し、エネルギーのトレイン７２０を整流器７１４へと案内する。整流器７１４はエネルギーのトレイン７２０を、基板支持体７０２の、又は支持体上に配置された基板の処理ゾーン７２２へ案内する。
【００４１】
光学アセンブリ７０６は、可動リフレクタ７０８（ミラーであり得る）、及びリフレクタ７０８と整列した光学カラム７１２を含み得る。リフレクタ７０８はポジショナ７１０に取り付けられている。図７の実施形態でポジショナ７１０は、反射したビームを選択された位置へ案内するために回転する。他の実施形態では、リフレクタは回転するのではなく並進するか、或いは並進と回転の両方を行ってもよい。光学カラム７１２は、リフレクタ７０８によって反射したエネルギー源７０４からのエネルギーのパルスを、基板キャリア７０２上の基板を処理するための所望のエネルギートレイン７２０へと形成及び整形する。
【００４２】
整流器７１４は、エネルギートレイン７２０を処理ゾーン７２２へ案内するための複数の光学セル７１６を含み得る。エネルギートレイン７２０は光学セル７１６の一部に入射し、光学セル７１６が、エネルギートレイン７２０の伝播方向を基板支持体７０２及び処理ゾーン７２２に対して実質的に直角の方向へと変える。基板キャリア７０２上に配置された基板が平坦である場合、エネルギートレイン７２０は整流器７１４を出て、やはり基板に対して実質的に直角の方向に進む。
【００４３】
光学セル７１６は、レンズ、プリズム、リフレクタ、又は放射の伝播方向を変える他の手段であり得る。リフレクタ７０８がエネルギートレイン７２０を後続の光学セル７１６へと案内するように、光学アセンブリ７０６を動かすことによって、次の処理ゾーン７２２が、エネルギー源７０４からの電磁エネルギーのパルスによって処理される。
【００４４】
一実施形態で、整流器７１４は基板キャリア７０２上に広がる光学セル７１６の２次元アレイであり得る。そのような実施形態では、光学アセンブリ７０６は、エネルギートレイン７２０を所望の位置の上の光学セル７１６へ反射することにより、エネルギートレイン７２０を基板キャリア７０２の任意の処理ゾーン７２２に案内するように操作され得る。別の実施形態では、整流器７１４が基板キャリアの寸法以上の長さを有する光学セル７１６のラインであり得る。光学セル７１６のラインが基板の一部分の上に位置決めされ、エネルギートレイン７２０が所望であれば複数回、光学セル７１６上を走査して整流器７１４の下に位置する基板の部分を処理し、次いで、光学セル７１６の当該ラインが処理ゾーンの隣の列をカバーすべく移動させられて、基板全体を列ごとに漸次的に処理し得る。
【００４５】
幾つかの実施形態ではパルストレイン中の個々のパルスが重なり得るので、図７のエネルギー源７０４は４つの別個のビーム発生器を示す。複数のビーム又はパルス発生器が用いられて、重複するパルスを発生させてもよい。ある実施形態では、適切な光学素子を用いて単一のパルス発生器からのパルスが重ねられてもよい。一以上のパルス発生器の使用は、所与の実施形態が必要とするエネルギートレインの具体的な特性に依存するであろう。
【００４６】
エネルギー源７０４、光学アセンブリ７０６、及び整流器７１４の相互に依存する機能は、コントローラ７２６によって管理され得る。コントローラは全体としてのエネルギー源７０４に、又はエネルギー源７０４の個々のエネルギー発生器に接続されて、エネルギー源への電力送達、又はエネルギー発生器からのエネルギー出力、或いはそれら両方を制御し得る。コントローラ７２６はまた、必要に応じて、光学アセンブリ７０６を動かすためのアクチュエータ（図示せず）、及び、整流器７１４を動かすためのアクチュエータ（図示せず）に接続されてもよい。更に、基板キャリア７０２は、レーザ熱処理中に処理ラインに沿って、図の面内に、又は面外に移動され得る。更に、ある実施形態ではレーザ処理ツールに整流器が存在しない。
【００４７】
電気化学デバイス層のｉｎ‐ｓｉｔｕ熱処理インライン堆積システムに用いられ得るレーザ処理ツールの第２の例が図８に示されている。図８は、ある実施形態によるレーザ処理ツールの概略断面図である。図８は、光がチャンバへと光ファイバケーブル８２５を通過して基板キャリア８０３上の基板８００に広がり表面を処理する、レーザ処理ツールを示す。レーザ処理中、基板キャリアの、処理ラインに沿った、図の面内及び面外への移動は用いられ得るものの、ファイバレーザアセンブリ８２６の出力部と基板８００との間の相対的移動はない。更に、基板キャリアの光ファイバケーブルに対する相対的な移動は、基板の移動とファイバレーザアセンブリの出力部の移動との組み合わせによって、必要に応じてもたらされ得る。
【００４８】
期間が約２０ミリ秒未満のパルスについては、パルスが停止するまで上面８０１及び底面８０２で基板が同じ温度ではないことがある。従って、照射に対する熱応答の光学的測定は、直接照射され加熱される上面８０１で実施されるのが好ましいことがある。上面８０１の監視は、基板８００の、底面８０２に向けた透明な光学開孔８３５ではなく表面に向けた透明な光学開孔８３５を通じて（基板キャリア８０３の開孔を通じて）行われ得る。図示の処理システムは、透明な光学開孔８３５をリッド８２０の部分として有するように構成されている。リッド８２０は光ファイバケーブル８２５も支持する。温度判定の正確性を向上させるために、基板８００上面８０１の熱応答は、ファイバレーザ（一又は複数）から放射される光の波長（一又は複数）とは異なる波長で、パイロメータによって監視され得る。異なる波長を検出することにより、ファイバレーザから反射又は散乱した照射が基板８００の上面から熱的に発生したものと誤って解釈される可能性が低減し得る。
【００４９】
ファイバレーザからのパルスは２ナノ秒程度と短いので、パイロメータで検出した光は表面の平衡温度を示さないことがある。レーザ露出中又は露出後の表面の実際の温度を判定するには、更なる処理が必要となり得る。或いは、生の光学信号が用いられて、得られる膜、ドーパント、又はその他の表面特性の最適な特性に相関され得る。図８で、ファイバレーザアセンブリ８２６は処理チャンバ内で光を出力する。代替実施形態では、ファイバレーザ出力部８２６が処理チャンバの外に位置しており、光は透明窓を通じてチャンバ内へと通過する。別の代替実施形態では、ファイバレーザ出力部８２６が、やはり処理条件から保護されているチャンバの別の部分を占めていてもよい。ファイバレーザ８２６の出力部を処理領域から分離することによって、堆積、エッチング、又は基板８００の表面へと通じる光学放射の伝導効率に悪影響を及ぼすその他の反応を防止できるという利点がある。
【００５０】
加熱用の波長を監視用の波長と分離するために、ファイバレーザは、短波長（ある実施形態では＜０．７５μｍ又は＜０．５μｍ）の光を生成する一方、パイロメータ測定をより長い波長（約０．５μｍ〜１．２μｍ、又は０．７５μｍ〜１．２μｍ）で行い得る。図８に示す光ファイバケーブル８２５は、ドープされたレーザキャビティの一部分であってもよく、そうでなくてもよいが、レーザキャビティから光をチャンバに送るのに用いられるドープされていないファイバであり得る。
【００５１】
電気化学デバイス層のｉｎ‐ｓｉｔｕ熱処理のためのインライン堆積システムで用いられ得るレーザ処理ツールの第３の例を、図９に示す。図９は、別の実施形態による熱処理装置９００の斜視図である。作業面９０２（可動式であり得、ローラ９２２で概略的に示す）が、基板を位置決めする作業空間を提供している。レーザ９０４は、作業面９０２によって定められる平面に対して実質的に平行な経路に沿って、エネルギー分散器９１０の方へ、放射エネルギーの方向付けされたエネルギー流９０８を生成する。エネルギー分散器９１０は、リフレクタ又は屈折器であり、矢印９１２で示すように回転し、方向付けされたエネルギー流９０８を、方向付けされたエネルギー流９０８のエネルギーを集め、集めたエネルギーを基板の方へ案内する光学素子、又はその集合体であるコレクタ９１８の方へと偏向し得る。エネルギー分散器９１０は一般に、エネルギー分散器を所望の速度で回転させるモータを有する。エネルギー分散器９１０は作業面９０２の上の所望の位置で支持体９１４によって支持されている。
【００５２】
エネルギー分散器９１０は、反射した方向付けされたエネルギー流９１６をコレクタ９１８へと送り、コレクタ９１８は反射流９１６を、作業面９０２に直角の方向付けされたエネルギー流である直角流９２０で作業面９０２に送る。コレクタ９１８は作業面９０２に向いた反射面を有する。反射面は、作業面９０２の露出エリア９０６の、作業面９０２の中心線９２４からの距離「ｘ」が、作業面９０２が定める平面の上の、反射したエネルギー流９１６の仰角６に実質的に比例するように、方向付けされたエネルギーを反射する形状を有している。コレクタ９１８は、複数の平坦なミラー、連続的にファセットされたミラー表面、又は連続的に湾曲したミラー表面を有し得る。
【００５３】
基板は、エネルギーのパルスが回転エネルギー分散器９１０を用いて基板に案内される間、コレクタ９１８の下で装置９００にわたり連続的に並進させられ得る。基板が装置にわたり段階的に並進させられてもよい。エネルギー分散器に近づくにつれ発散光を閉じ込めるために、所望であれば光学素子が含まれていてもよく、所望であればエネルギー分散器が、湾曲した反射面もしくは屈折面などの焦点を合わせる光学素子を有し、経路の長さが異なることに起因する差動発散又はコヒーレンス損失を補償してもよい。コントローラ９２６は、所望の処理プログラムを達成するために、エネルギー分散器９１０の回転、レーザ９０４のパルスレート、及び基板の並進を制御する。エネルギー分散器９１０の回転、エネルギー源９０４のパルスレート、及び基板の並進は、コントローラ９２６によって同期され、基板の処理ゾーン９０６の１つのエッジが隣接する処理ゾーンのエッジに一致させられて、特に各処理ゾーンに印加される矩形のエネルギー場が均一である場合、矩形の処理ゾーンを共に貫通することによって、基板の均一な処理が達成される。
【００５４】
代替的な実施形態では、繰り返しレートの高い放射源が放射フィールドを位置決めするための２つの可動ミラーに連結されて、基板の異なるターゲットゾーンを処理し得る。可動ミラーは、ミラーの移動レートが放射源の繰り返しレートに関連した状態で、ターゲットゾーンが任意の所望のパターンに従って処理されるように、放射源がパルスされているときにパターンを通じて走査され得る。
【００５５】
図９に示すツールを用いた電気化学デバイス層の熱処理に、一実施形態による方法が使用され得る。まず、処理すべき電気化学デバイス層上で処理ゾーンを定める。処理ゾーンは、各処理ゾーンに印加されるエネルギー場のサイズ及び形状に応じて定められるのが典型的である。同様に、所望に応じて、処理ゾーン境界、処理ゾーンの部分の重なり、又は処理ゾーン間の空間を実質的に正確に整列させるために、各処理ゾーンの位置が定められる。図９との関連で上述したように、矩形の処理ゾーンは、パルスレート、ポリゴンミラーの回転レート、及び基板の並進速度を同期させることによって整列され得る。
【００５６】
第２に、処理ゾーンのサブセットがエネルギー装置に晒されるように、電気化学デバイス層を有する基板が作業面上に位置決めされる。エネルギー装置は、エネルギー分散器を用いて、基板が載っている作業面にエネルギーを送達する。基板の位置決めは、基板が載っている作業台を移動させるか、或いはキャリア又は転動トレイを用いて基板を直接操作することで達成され得る。
【００５７】
第３に、複数のエネルギーパルスが、基板の近位のエネルギー分散器に送達される。エネルギーパルスはレーザパルスである。例えば、期間が２０ｎｓ〜５０ｎｓのレーザパルスが、平均で約０．５Ｊ／ｃｍ２の断面エネルギー密度で、約３％以下の標準偏差で送達され得る。エネルギーパルスはパルス間で一定の間隔で、或いはより短い間隔を有するパルス群を定めるより長い間隔で、送達され得る。
【００５８】
第４に、複数のエネルギーパルスを受け取るエネルギー分散器が、一定の速度で回転し、サブセットの各処理ゾーンにエネルギーパルスを送達する。エネルギー分散器は、一定の光学経路に沿ってエネルギーパルスを受け取り、それらをエネルギー分散器の回転により変化する光学経路へと再案内して、回転する際にエネルギーパルスが伝播する方向を変化させる。エネルギー分散器は、例えばミラー、プリズム、レンズなど、反射性又は屈折性であり得る。エネルギー分散器は、平坦な基板が用いられる場合にエネルギー分散器の回転アスペクトを基板の平坦な表面上へ投影する際の非線形性を補償する、光学素子を含み得る。
【００５９】
図７−９を参照して上述したレーザ処理ツール及び方法は、本開示のシステム及び処理方法で用いられ得る多くのレーザ処理ツール及び方法のうちの三例にすぎない。
【００６０】
本開示の実施形態は特に、電気化学デバイス製造のための、堆積と統合されたレーザ処理とを有するインラインシステム、及びインラインシステムについての処理方法に関連して記載されたが、更なる実施形態は、堆積と統合されたレーザ処理とを有するクラスタツール、及びクラスタツールについての処理方法を含む。
【００６１】
本開示の実施形態は本書において、ＴＦＢを製造するレーザ処理を含むプロセス及びツールとの関連で記載されているが、本開示の教示及び原理は、エレクトロクロミックデバイスなどの他の電気化学デバイスの処理にも応用可能であることが期待されている。
【００６２】
本開示の実施形態を、本開示の幾つかの実施形態を参照して特に説明してきたが、本開示の本質及び範囲から逸脱することなく形態及び詳細に変更及び修正を加え得ることは、当業者には容易に明らかであるはずである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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