KR20090062409A - Thin film battery having enhanced surface area of electrode and enhanced contact area between electrode and electrolyte and method for producing the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 박막(Thin film)형 전지 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 전극의 양과 전극과 전해질(Electrolyte)간의 접촉 면적을 증가시킨 박막형 전지에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thin film type battery and a manufacturing method thereof, and more particularly, to a thin film type battery in which the amount of an electrode and the contact area between an electrode and an electrolyte are increased.
박막형 전지는 고체전해질의 사용으로 인하여, 비사용중 자가방전이 적고 누액이나 폭발의 위험성이 없어 매우 안전한 전지로 알려져 있다. 그러나 박막형 전지에 있어 단점인 낮은 용량을 해결하기 위해서는 양극박막의 두께를 증가시켜야 하나, 박막형 전지의 제조공정상 스퍼터링과 같은 PVD법을 이용하므로 두께 증가에 한계가 있다. Thin-film batteries are known to be very safe due to the use of solid electrolytes, which have little self-discharge during non-use and there is no risk of leakage or explosion. However, in order to solve the low capacity, which is a disadvantage in the thin film battery, the thickness of the anode thin film should be increased, but there is a limit in increasing the thickness due to the PVD method such as sputtering in the manufacturing process of the thin film battery.
특히, LiCoO2, LiMn2O4, LiNiO2와 같이 통상적으로 알려진 리튬전이금속화합물 등의 경우, 결정상으로 존재하여야 효율적인 리튬의 인터컬레이션이 가능하므로 전지로서의 성능을 발휘할 수 있으나, 스퍼터링, 전자선증착, 진공열증착, 레이저 박막증착법 등의 방법을 사용하면 초기 박막증착시 리튬전이금속화합물 등이 비정질 상태로 존재하며, 결정화시키기 위해 별도의 열처리 과정이 요구된다. In particular, lithium transition metal compounds commonly known as LiCoO 2 , LiMn 2 O 4 , LiNiO 2 , etc., must be present in the crystal phase so that efficient lithium intercalation is possible, and thus the battery performance can be exhibited as sputtering and electron beam deposition. When using a method such as vacuum thermal deposition or laser thin film deposition, the lithium transition metal compound is present in an amorphous state during initial thin film deposition, and a separate heat treatment process is required to crystallize.
그런데, 박막의 두께가 증가할 수록 박막내 스트레스 증가로 인해 열처리 과정중 크랙발생 등 공정이 어렵고, 실제 이러한 박막을 사용하여 전지를 구성할 경우 수율 및 신뢰성측면에서 좋지 않은 결과를 초래한다. 또한, 양극의 두께 증가시 양극내 도전성이 감소하여 고율방전과 같은 출력특성이 저하되는 단점을 지니게 된다. However, as the thickness of the thin film increases, a process such as cracking during the heat treatment process is difficult due to an increase in the stress in the thin film, and when the battery is actually formed using such a thin film, it results in poor yield and reliability. In addition, when the thickness of the anode increases, the conductivity in the anode decreases, which causes a disadvantage in that output characteristics such as high rate discharge are degraded.
따라서, 상기와 같은 단점들을 해결하는 방법은 박막형 전지의 출발재료인 기판의 표면적을 증가시켜 그 위에 증착될 양극박막의 양을 증가시켜 전지용량 증대 및 출력특성을 동시에 향상시키는 것이다. Therefore, a method for solving the above disadvantages is to increase the surface area of the substrate which is the starting material of the thin film battery and increase the amount of the anode thin film to be deposited thereon, thereby simultaneously increasing battery capacity and improving output characteristics.
기판의 표면적을 증가시키기 위한 방법으로는 기판의 표면을 3차원적으로 식각하여 표면적을 증가시키는 방법이 있다. 상기 식각방법으로는 액체상의 용액을 사용하는 등방성(Isotropic) 식각으로 이루어진 습식법(도 1, (b))과, 반응성 이온 식각(Reactive Ion Etching), 스퍼터 식각(Sputter etching), 증기상 식각(Vapor Phase Etching) 등 이방성(anisotropic) 식각으로 이루어진 건식법(도 1, (a))이 있다. 이들 식각 방법은 각각의 특성에 따라 사용 용도 또한 상이하다. As a method for increasing the surface area of the substrate, there is a method of increasing the surface area by three-dimensionally etching the surface of the substrate. The etching method is a wet method consisting of an isotropic etching using a liquid solution (Fig. 1, (b)), reactive ion etching, sputter etching, vapor phase etching (Vapor) There is a dry method (Fig. 1, (a)) consisting of anisotropic etching (Phase Etching). These etching methods also differ in their use according to their characteristics.
건식식각의 경우에는 종횡비(aspect ratio)가 우수하고 수 ㎛이하의 정교한 형상을 제어 할 수 있는 장점이 있으나 고가의 건식 식각장비를 사용해야 한다는 단점이 있다. Dry etching has an advantage in that it has an excellent aspect ratio and can control an elaborate shape of several micrometers or less, but it has the disadvantage of using expensive dry etching equipment.
특히, 박막형 전지를 제조할 경우에는 이방성 식각면, 특히 식각면 측면에 콜렉터, 캐소드, 고체전해질 및 애노드가 균일하게 증착이 되어야 단락 없는 양호한 전지를 구성할 수 있는데, 기존 스퍼터링, 전자선증착, 진공증착과 같은 물리적 기상증착법(Physical Vapor Depositin), 에 의하면 건식식각에 의한 이방성 식각면에 균일한 박막을 증착할 수 없는 문제가 있다. 따라서, 이 경우에는 전구체 가스를 사용한 화학적 기상증착법(chemical vapor deposition)에 의해서만 균일한 박막형성이 가능하다. 그러나, 화학적 기상증착법(CVD) 에 의한 박막형 전지 제조는 공정이 복잡하고 사용되는 가스가 대부분 독성이므로 공정 완료후 배기가스를 재처리하기 위한 장치가 별도로 필요하다.In particular, when manufacturing a thin-film battery, an anisotropic etching surface, in particular, the collector, the cathode, the solid electrolyte, and the anode must be uniformly deposited on the side of the etching surface to form a good battery without a short circuit. Existing sputtering, electron beam deposition, vacuum deposition According to physical vapor deposition (Physical Vapor Depositin), there is a problem that can not be deposited a uniform thin film on the anisotropic etching surface by the dry etching. Therefore, in this case, uniform thin film formation is possible only by chemical vapor deposition using a precursor gas. However, thin film battery manufacturing by chemical vapor deposition (CVD) requires a separate device for reprocessing the exhaust gas after the process is completed because the process is complicated and the gases used are mostly toxic.
이 분야의 종래기술들은 박막형 전지의 낮은 용량을 해결하는 방법으로 기판의 표면적을 넓히는 방법들을 제시하고 있지만, 단순히 종횡비(aspect ratio)가 우수한 건식법에 의한 이방성 식각에 의하여 기판의 평면에 대하여 수직인 면이 깊게 형성되는 요철, 홀 등을 형성하는 방법을 따르고 있기 때문에 표면적이 확대된 기판상에 다른 구성요소들을 형성하는 경우 필연적으로 화학적 기상증착법(CVD)을 채용하게 되어 상술한 바와 같은 문제점을 갖는다. 예컨대, 미국특허 US 6,197,450에서도 에스펙트 비가 큰 홀들로 천공된 실리콘 웨이퍼를 기판으로 사용하여 기판의 표면적을 넓히기 위한 시도를 하고 있으나, 박막의 증착은 화학적 기상증착법(CVD)에 의하고 있다. Prior arts in this field have proposed methods of increasing the surface area of a substrate to solve the low capacity of a thin-film battery, but are simply perpendicular to the plane of the substrate by anisotropic etching by dry method with excellent aspect ratio. Since the method of forming the deeply formed irregularities, holes, and the like, when forming other components on the substrate having an enlarged surface area, a chemical vapor deposition method (CVD) is inevitably employed, which causes problems as described above. For example, US Pat. No. 6,197,450 also attempts to widen the surface area of a substrate by using a silicon wafer punched with holes having a large aspect ratio as a substrate, but the deposition of the thin film is by chemical vapor deposition (CVD).
본 발명은 기판 등의 표면에 건식법에 의해 이방성 식각을 수행하여 표면적을 증가시키는 방법으로 전극의 양과 전극과 전해질(Electrolyte)간의 접촉 면적을 충분히 증가시키면서도, 물리적 기상증착(PVD) 및 화학적 기상증착(CVD) 중 어느 방법에 의하더라도 상기 식각면 위에 순차적으로 적층되는 박막들을 균일하게 형성하는 것이 가능한 박막형 전지 및 그의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. The present invention is a method of increasing the surface area by performing anisotropic etching by the dry method on the surface of the substrate, such as physical vapor deposition (PVD) and chemical vapor deposition (DV) while sufficiently increasing the amount of the electrode and the contact area between the electrode and the electrolyte (Electrolyte). It is an object of the present invention to provide a thin film battery capable of uniformly forming thin films sequentially stacked on the etching surface by any of CVD) and a method of manufacturing the same.
본 발명은 기판, 상기 기판상에 형성되는 제1콜렉터, 상기 제1콜렉터상에 형성되는 캐소드, 상기 캐소드상에 형성되는 전해질층, 상기 전해질층상에 형성되는 애노드, 및 상기 애노드에 접촉되는 제2콜렉터를 포함하여 구성되는 박막형 전지에 있어서, 상기 기판 또는 제1콜렉터의 표면에 계단형상의 양변을 갖는 그루브(groove)를 하나 이상 형성하고, 상기 기판 또는 제1콜렉터의 상부에 다른 구성요소들을 증착한 것을 특징으로 하는 박막형 전지를 제공한다.The present invention provides a substrate, a first collector formed on the substrate, a cathode formed on the first collector, an electrolyte layer formed on the cathode, an anode formed on the electrolyte layer, and a second contacting the anode. In a thin film battery including a collector, one or more grooves having stepped sides are formed on a surface of the substrate or the first collector, and other components are deposited on the substrate or the first collector. One aspect of the present invention is to provide a thin film battery.
본 발명은 또한, 상기 계단형상이 습식법에 의한 등방성 식각에 의해 라운드 처리된 계단형상인 것을 특징으로 하는 박막형 전지를 제공한다.The present invention also provides a thin film battery, characterized in that the step shape is a step shape rounded by isotropic etching by a wet method.
또한, 본 발명은 기판상에 제1콜렉터를 형성하는 단계; 상기 제1콜렉터상에 캐소드를 형성하는 단계; 상기 캐소드상에 전해질층을 형성하는 단계; 상기 전해질층상에 애노드를 형성하는 단계; 및 상기 애노드와 접촉하는 제2콜렉터를 형성하는 단계를 포함하는 박막형 전지의 제조방법에 있어서, 상기 기판 또는 제1콜렉터 표면에 계단형상의 양변을 갖는 그루브(groove)를 하나 이상 포함하는 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 및 상기 포토레지스트 패턴을 마스크로 하여 건식법에 의한 이방성 식각을 수행하여 기판 또는 제1콜렉터 표면에 계단형상의 양변을 갖는 그루브(groove)를 하나 이상 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형 전지의 제조방법을 제공한다.In addition, the present invention comprises the steps of forming a first collector on the substrate; Forming a cathode on the first collector; Forming an electrolyte layer on the cathode; Forming an anode on the electrolyte layer; And forming a second collector in contact with the anode, wherein the photoresist pattern comprises at least one groove on the surface of the substrate or the first collector, the groove having stepped sides. Forming a; And performing anisotropic etching by a dry method using the photoresist pattern as a mask to form one or more grooves having stepped sides on the surface of the substrate or the first collector. It provides a method of manufacturing.
본 발명은 또한, 상기 기판 또는 제1콜렉터 표면에 형성된 계단형상의 양변을 갖는 그루브(groove)를 습식법에 의한 등방성 식각을 수행하여 라운드 처리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형 전지의 제조방법을 제공한다.The present invention also provides a method of manufacturing a thin-film battery, characterized in that it further comprises the step of performing a round isotropic etching of the groove (groove) having a step-shaped both sides formed on the surface of the substrate or the first collector by a wet method. To provide.
본 발명에 의하면, 기판 또는 제1콜렉터의 표면에 건식법에 의해 이방성 식각을 수행하여 표면적을 증가시키는 방법으로 전극의 양과 전극과 전해질(Electrolyte)간의 접촉 면적을 충분히 증가시키면서도, 물리적 기상증착 및 화학적 기상증착 중 어느 방법에 의하더라도 상기 식각면 위에 순차적으로 적층되는 박막들을 균일하게 형성하는 것이 가능하므로 매우 경제적으로 박막 전지의 용량 및 출력밀도를 개선할 수 있다. According to the present invention, the physical vapor deposition and chemical vapor phase are sufficiently increased while the amount of the electrode and the contact area between the electrode and the electrolyte are sufficiently increased by performing anisotropic etching on the surface of the substrate or the first collector by a dry method to increase the surface area. In any of the deposition methods, it is possible to uniformly form thin films sequentially stacked on the etching surface, thereby improving the capacity and output density of the thin film battery very economically.
본 발명은 기판, 상기 기판상에 형성되는 제1콜렉터, 상기 제1콜렉터상에 형성되는 캐소드, 상기 캐소드상에 형성되는 전해질층, 상기 전해질층상에 형성되는 애노드, 및 상기 애노드에 접촉되는 제2콜렉터를 포함하여 구성되는 박막형 전지에 있어서, 상기 기판 또는 제1콜렉터의 표면에 계단형상의 양변을 갖는 그루브(groove)를 하나 이상 형성하고, 상기 기판 또는 제1콜렉터의 상부에 물리적 기상증착에 의하여 다른 구성요소들을 증착한 것을 특징으로 하는 박막형 전지에 관한 것이다.The present invention provides a substrate, a first collector formed on the substrate, a cathode formed on the first collector, an electrolyte layer formed on the cathode, an anode formed on the electrolyte layer, and a second contacting the anode. In a thin film battery including a collector, one or more grooves having stepped sides are formed on a surface of the substrate or the first collector, and physical vapor deposition is formed on the substrate or the first collector. It relates to a thin film battery characterized by depositing other components.
본 발명의 박막형 전지는 기판 또는 제1콜렉터에 계단형상의 양변을 갖는 그루브(groove)를 하나 이상 형성시키는데, 제1콜렉터에 형성시키는 경우 전극의 양의 증가 및 전극과 전해질의 접촉면적이 좀 더 넓게 형성될 수 있는 장점이 있으나 제1콜렉터 막의 두께가 수십마이크론 이상이 되지 않으면 실시가 용이하지 않은 점을 고려해야 한다. The thin film battery of the present invention forms one or more grooves having both sides of a step shape in the substrate or the first collector. When the first collector is formed in the first collector, the increase in the amount of the electrode and the contact area between the electrode and the electrolyte are more. Although there is an advantage that it can be formed widely, it should be taken into consideration that it is not easy to implement unless the thickness of the first collector film is more than several tens of microns.
본 발명에서 계단형상의 양변을 갖는 그루브(groove)는 상기 단면 형상을 제외한 그루브의 크기, 개수, 배치형태 등은 어떠한 형태라도 가능하며 특별히 제한되지 않는다. 예컨대, 스트라이프형(stripe type), 체크형(check type) 등을 들 수 있다.In the present invention, the grooves having both sides of the stepped shape may have any size, number, arrangement, etc. of the grooves except for the cross-sectional shape, and are not particularly limited. For example, a stripe type, a check type, etc. are mentioned.
상기 계단형상의 양변을 갖는 그루브(groove)는 계단형상의 양변을 갖는 그루브를 갖는 포토레지스트 패턴을 형성하고 건식법에 의한 이방성 식각을 수행하여 형성되기 때문에 식각이 간단하고 정교하게 수행될 수 있으며; 각진 U자형의 단면을 갖는 그루브와 비교할 때 동일한 표면적의 증가 효과를 제공함에도 불구하고, 계단형상으로 형성되어 기판 또는 제1콜렉터의 평면에 수직방향으로 형성되는 수직면이 깊이가 얕은 여러 개의 층으로 형성되므로 물리적 기상증착에 의해 다른 구성요소들을 증착하더라도 균일한 증착이 가능한 장점을 갖는다. Since the grooves having both sides of the stepped shape are formed by forming a photoresist pattern having the grooves having both sides of the stepped shape and performing anisotropic etching by the dry method, etching can be performed simply and precisely; Despite providing the same surface area increase effect as compared with grooves having an angular U-shaped cross section, a vertical plane formed in a step shape and formed perpendicular to the plane of the substrate or the first collector is formed of several shallow layers. Therefore, even if the other components are deposited by physical vapor deposition has the advantage that it is possible to uniform deposition.
상기에서 언급한 각진 U자형의 단면을 갖는 그루브의 경우는 기판 또는 제1콜렉터의 평면에 수직방향으로 형성되는 수직면이 깊이가 깊기 때문에 물리적 기상증착에 의해 다른 구성요소들을 증착하는 경우 균일한 증착이 불가능하다. 따라서, 화학적 기상증착에 의해야 하는 문제점이 있다.In the case of the groove having the angular U-shaped cross section mentioned above, since the vertical plane formed in the direction perpendicular to the plane of the substrate or the first collector has a deep depth, when the other components are deposited by physical vapor deposition, a uniform deposition is obtained. impossible. Therefore, there is a problem to be due to chemical vapor deposition.
본 발명은 또한, 상기 기판 또는 제1콜렉터 표면에 형성된 계단형상의 양변을 갖는 그루브(groove)를 라운드 처리한 것을 특징으로 하는 박막형 전지를 제공한다. The present invention also provides a thin film battery characterized by rounding a groove having both sides of a stepped shape formed on the surface of the substrate or the first collector.
상기에서 라운드 처리는 습식법에 의한 등방성 식각에 의해 달성할 수 있다. 상기와 같이 라운드 처리를 하는 경우, 기판 또는 제1콜렉터의 평면에 수직방향으로 형성되는 수직면이 라운드 처리되기 전의 각이 진 계단형상 보다 현격히 줄어들기 때문에 물리적 기상증착에 의해 다른 구성요소들을 증착하는 것이 더욱 용 이해지고 증착된 다른 구성요소들의 막도 더 균일하게 형성된다.Round treatment in the above can be achieved by isotropic etching by the wet method. In the case of the round treatment as described above, since the vertical plane formed in the direction perpendicular to the plane of the substrate or the first collector is significantly smaller than the step-shaped step before the round treatment, the deposition of other components by physical vapor deposition is recommended. Films of other components that are easier and more deposited are also formed more uniformly.
본 발명은 또한, 기판상에 제1콜렉터를 형성하는 단계; 상기 제1콜렉터상에 캐소드를 형성하는 단계; 상기 캐소드상에 전해질층을 형성하는 단계; 상기 전해질층상에 애노드를 형성하는 단계; 및 상기 애노드와 접촉하는 제2콜렉터를 형성하는 단계를 포함하는 박막형 전지의 제조방법에 있어서, 상기 기판 또는 제1콜렉터 표면에 계단형상의 양변을 갖는 그루브(groove)를 하나 이상 포함하는 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 및 상기 포토레지스트 패턴을 마스크로 하여 건식법에 의한 이방성 식각을 수행하여 기판 또는 제1콜렉터 표면에 계단형상의 양변을 갖는 그루브(groove)를 하나 이상 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형 전지의 제조방법에 관한 것이다.The invention also includes forming a first collector on a substrate; Forming a cathode on the first collector; Forming an electrolyte layer on the cathode; Forming an anode on the electrolyte layer; And forming a second collector in contact with the anode, wherein the photoresist pattern comprises at least one groove on the surface of the substrate or the first collector, the groove having stepped sides. Forming a; And performing anisotropic etching by a dry method using the photoresist pattern as a mask to form one or more grooves having stepped sides on the surface of the substrate or the first collector. It relates to a manufacturing method of.
상기의 제조방법에서 상기 계단형상의 양변을 갖는 그루브(groove)가 하나 이상 형성된 기판 또는 제1콜렉터의 상부에 형성되는 다른 구성요소들은 물리적 기상증착 또는 화학적 기상증착에 의하여 형성될 수 있다. In the above manufacturing method, the substrate or the other components formed on the first collector having one or more grooves having both sides of the step shape may be formed by physical vapor deposition or chemical vapor deposition.
본 발명은 또한,The present invention also provides
상기의 제조방법에서, 상기 기판 또는 제1콜렉터 표면에 형성된 계단형상의 양변을 갖는 그루브(groove)를 습식법에 의한 등방성 식각을 수행하여 라운드 처리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형 전지의 제조방법을 제공한다.In the above manufacturing method, further comprising the step of performing a round process by performing an isotropic etching of the groove (groove) having a step-shaped both sides formed on the surface of the substrate or the first collector by a wet method. Provide a method.
상기와 같이 라운딩 처리 공정이 추가되는 경우, 그루브에서 기판 또는 제1콜렉터의 평면에 수직방향으로 형성되는 수직면이 거의 남지 않기 때문에, 기판 또는 제1콜렉터의 상부에 형성되는 다른 구성요소들을 물리적 기상증착하는 경우 더욱 균일한 막을 형성할 수 있다.When the rounding process is added as described above, since almost no vertical surface is formed in the groove in the direction perpendicular to the plane of the substrate or the first collector, physical vapor deposition of other components formed on the substrate or the first collector is performed. In this case, a more uniform film can be formed.
상기의 제조방법에서 기판 또는 제1콜렉터 표면에 계단형상의 양변을 갖는 그루브(groove)를 하나 이상 포함하는 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계는Forming a photoresist pattern including at least one groove (groove) having both sides of the step shape on the surface of the substrate or the first collector in the manufacturing method
기판 또는 제1콜렉터 표면에 네가티브형 포토레지스트를 도포 및 건조하고, 계단형상의 양변을 갖는 그루브의 첫째 단(최하위 단)의 간격에 해당하는 넓이를 갖는 차광층이 구비된 포토마스크를 제작하고 이를 이용하여 노광한 후, 현상 및 건조하여 첫째 단을 형성하는 단계; 및 상기에서 형성된 첫째 단 상에 네가티브형 포토레지스트를 도포 및 건조하고, 계단형상의 양변을 갖는 그루브의 둘째 단을 형성하기 위하여 필요한 간격에 해당하는 넓이를 갖는 차광층이 형성된 포토마스크를 제작하여 노광, 현상 및 건조하여 둘째 단을 형성하는 단계; 및 상기 둘째 단 형성단계와 동일한 공정을 그루브의 높이에 맞추어 반복하는 단계를 포함하여 수행된다.Applying and drying a negative photoresist on the surface of the substrate or the first collector, and fabricating a photomask having a light shielding layer having an area corresponding to the interval of the first end (lowest end) of the grooves having stepped sides. After exposure using light, developing and drying to form a first stage; And a photomask having a light shielding layer having a width corresponding to a distance required to apply and dry a negative photoresist on the first end formed above, and to form a second end of the groove having stepped sides. Developing and drying to form a second stage; And repeating the same process as the second stage forming step according to the height of the groove.
이하 본 발명에 관한 실시례를 통해 발명의 구성 및 작용을 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the configuration and operation of the present invention through the embodiments of the present invention will be described in detail.
도 2는 본 발명의 일실시례로서 기판(1)의 표면에 계단형상의 양변을 갖는 그루브(groove)를 형성하는 방법을 보여주는 것이다. 2 illustrates a method of forming a groove having both sides of a stepped shape on the surface of the substrate 1 as an embodiment of the present invention.
도 2에서 (a)는 계단형상의 양변을 갖는 그루브(groove)를 포함하는 포토레지스트 패턴(40)이 형성된 기판(1)을 예시하여 나타내고 있다. 상기 도 2의 (a)에 나타낸 바와 같은 포토레지스트 패턴(40)은 네가티브형 포토레지스트 조성물을 사용하여 형성할 수 있다. 네가티브형 포토레지스트 조성물은 노광시에 빛이 조사되지 않는 부분이 현상에 의하여 제거되므로 첫째 단(10)이 노광에 의해 고정되면 둘째 단(20)의 형성시에 다시 노광되지 않더라도 첫째 단(10)은 현상되지 않고 그대로 남아 있고 첫째 단(10) 위에 도포된 포토레지스트 조성물 중 노광되지 않은 부분만 현상에 의하여 제거되므로 계단형상의 포토레지스트 패턴을 형성하는 것이 가능하게 된다. In FIG. 2, (a) illustrates a substrate 1 in which a
상기 도 2의 (b)는 표면에 계단형상의 양변을 갖는 그루브(groove)들이 형성된 기판(1)을 나타내고 있다. 상기 계단형상의 양변을 갖는 그루브(groove)는 계단형상의 양변을 갖는 그루브를 갖는 포토레지스트 패턴(40)이 형성된 기판(도 2의 (a))을 반응성 이온 식각(Reactive Ion Etching), 스퍼터 식각(Sputter etching), 증기상 식각(Vapor Phase Etching) 등 건식법에 의하여 이방성 식각시키는 것에 의하여 형성된다.FIG. 2B illustrates a substrate 1 having grooves having stepped sides on its surface. The grooves having both sides of the stepped grooves may be formed on the substrate (FIG. 2A) in which the
상기에서 이미 언급한 것처럼, 상기 계단형상의 양변을 갖는 그루브(groove)는 각진 U자형의 단면을 갖는 그루브(도 1, (a))와 비교할 때 동일한 표면적의 증가 효과를 제공함에도 불구하고, 계단형상으로 형성되어 기판(1)의 평면에 수직방향으로 형성되는 수직면이 깊이가 얕은 여러 개의 층으로 형성되므로 물 리적 기상증착에 의해 다른 구성요소들을 증착하더라도 균일한 증착이 가능한 장점을 갖는다. 각진 U자형의 단면을 갖는 그루브(도 1, (a))의 경우는 기판(1)의 평면에 수직방향으로 형성되는 수직면이 깊이가 깊기 때문에 물리적 기상증착에 의해 다른 구성요소들을 증착하는 경우 균일한 증착이 불가능하기 때문에 화학적 기상증착에 의해야 하는 문제점이 있다.As already mentioned above, the stepped grooves have the same surface area increase effect as compared to the grooves having the angled U-shaped cross section (Fig. 1, (a)). Since the vertical plane formed in the shape and formed in a direction perpendicular to the plane of the substrate 1 is formed of a plurality of layers having a shallow depth, even if the other components are deposited by physical vapor deposition, uniform deposition is possible. In the case of grooves having an angular U-shaped cross section (Fig. 1, (a)), since the vertical plane formed in the direction perpendicular to the plane of the substrate 1 is deep, it is uniform when depositing other components by physical vapor deposition. Since it is impossible to deposit, there is a problem to be caused by chemical vapor deposition.
도 3은 본 발명의 일실시례로서 기판의 표면에 라운드 처리된 계단형상의 양변을 갖는 그루브(groove)를 형성하는 방법을 보여주는 것이다. FIG. 3 illustrates a method of forming a groove having both sides of a stepped round on a surface of a substrate as an embodiment of the present invention.
구체적으로 표면에 계단형상의 양변을 갖는 그루브(groove)들이 형성된 기판(1)(도 3, (a))을 습식법에 의한 등방성 식각 공정에 의해 처리하여, 라운드 처리된 계단형상의 양변을 갖는 그루브(groove)들이 형성된 기판(1)(도 3, (b))을 제조한다.Specifically, the substrate 1 (FIG. 3, (a)) in which grooves having both sides of stepped shapes are formed on the surface is processed by an isotropic etching process by a wet method, and grooves having both sides of stepped steps rounded are processed. A substrate 1 (Fig. 3, (b)) on which grooves are formed is manufactured.
상기에서 이미 언급한 것처럼, 계단형상(52)을 라운드형상(50)이 되도록 처리하는 경우 기판(1)의 평면에 수직방향으로 형성되는 수직면이 라운드 처리되기 전의 계단형상 보다 현격히 줄어들기 때문에 물리적 기상증착에 의하여 다른 구성요소들을 증착하는 것이 더욱 용이하고 증착된 다른 구성요소들의 막도 더 균일하게 형성된다.As already mentioned above, when the
도 4는 본 발명의 일실시례로서 포토레지스트 패턴(40)을 형성하는 방법을 예시하고 있다. 상기에서 언급한 바와 같이, 포토레지스트 조성물로는 네가티브형 을 사용할 수 있으며, 형성과정을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.4 illustrates a method of forming the
먼저, 도 4에서 (a)는 네가티브형 포토레지스트 조성물을 도포하고 건조하는 공정을 나타낸다. First, in FIG. 4, (a) shows a process of applying and drying a negative photoresist composition.
(b)는 포토레지스트 패턴(40)의 첫째 단(10)을 형성하기 위하여 차광부(61)가 설치된 유리 및 플라스틱기판(62)을 포토마스크(60)로 하여 노광하는 공정을 나타낸다. 이 경우 차광부(61)에 의하여 노광되지 않은 부분은 현상 공정에 의하여 제거되며, 노광부(63)를 통하여 노광된 부분은 현상액에 녹지 않고 그대로 남는다. (b) shows a process of exposing the glass and
(c)는 상기 노광 및 현상에 의해서 형성된 포토레지스트 패턴(40)의 첫째 단(10)을 나타낸다. 이 부분은 노광에 의하여 현상액에 녹지 않기 때문에 둘째 단(20)의 형성공정의 현상시에도 그대로 남게된다.(c) shows the
(d)는 포토레지스트 패턴(40)의 둘째 단(20)을 형성하기 위하여 네가티브형 포토레지스트 조성물을 상기에서 형성된 첫째 단(10)의 상부에 도포하고 건조하는 공정을 나타낸다.(d) shows a process of applying and drying the negative type photoresist composition on top of the
(e)는 상기 (b)와 같은 노광공정을 나타낸다. 상기 노광 후, 현상공정을 수행하면 차광부(61)에 의하여 노광되지 않은 부분은 현상 공정에 의하여 제거되며, 노광부(63)를 통하여 노광된 부분은 현상액에 녹지 않고 그대로 남아서 둘째 단(20)을 형성한다. 또한, 첫째 단(10)도 현상액에 녹지 않으므로 그대로 남아서 둘째 단(20)과 함께 계단형상을 형성한다.(e) shows the same exposure process as above (b). After the exposure, when the developing process is performed, the portion not exposed by the
(f)는 상기 노광 및 현상에 의해서 형성된 첫째 단(10)과 둘째 단(20)으로 구성된 포토레지스트 패턴(40)을 나타낸다.(f) shows the
(g)는 포토레지스트 패턴(40)의 셋째 단(30)을 형성하기 위하여 네가티브형 포토레지스트 조성물을 상기에서 형성된 둘째 단(20)의 상부에 도포하고 건조하는 공정을 나타낸다.(g) shows a process of applying and drying the negative photoresist composition on top of the
(h)는 상기 (e)와 같은 노광공정을 나타낸다. 상기 노광 후, 현상공정을 수행하면 차광부(61)에 의하여 노광되지 않은 부분은 현상 공정에 의하여 제거되며, 노광부(63)를 통하여 노광된 부분은 현상액에 녹지 않고 그대로 남아서 셋째 단(30)을 형성한다. 또한, 이미 형성된 첫째 단(10) 및 둘째 단(20)도 현상액에 녹지 않으므로 그대로 남아서 셋째 단(20)과 함께 계단형상을 형성한다.(h) shows the same exposure process as above (e). After the exposure, when the development process is performed, the portion not exposed by the
(i)는 상기 노광 및 현상에 의해서 형성된 첫째 단(10), 둘째 단(20) 및 셋째 단(30)으로 구성된 포토레지스트 패턴(40)을 나타낸다.(i) shows the
본 발명에서 계단형상의 포토레지스트 패턴(40)은 그루브의 깊이에 맞추어 단(10, 20, 30)의 수를 형성하게 된다. In the present invention, the stepped
도 5는 본 발명의 일실시예에 따르는 박막형 전지의 구성방법을 예시한 것이다.5 illustrates a method of constructing a thin film battery according to an embodiment of the present invention.
먼저, (a)는 습식법에 의한 등방성 식각에 의해 라운드 처리된 계단형상의 양변을 갖는 그루브(groove)들이 형성된 기판(1)을 나타낸다. 본 발명에서 라운드 처리된 계단형상의 양변을 갖는 그루브(groove)를 형성하는 기판의 종류는 이 분야에서 사용되는 것이라면 특별한 제한이 없다. 예컨대, 실리콘, 마이카, 티타 늄(Ti), 니켈(Ni), 스테인레스 스틸(SUS), 알루미나(Al2O3) 등을 들 수 있다. First, (a) shows a substrate 1 on which grooves having both sides of a stepped shape rounded by isotropic etching by a wet method are formed. In the present invention, any type of substrate forming a groove having both sides of a stepped round shape is not particularly limited as long as it is used in the art. Examples thereof include silicon, mica, titanium (Ti), nickel (Ni), stainless steel (SUS), alumina (Al 2 O 3 ), and the like.
(b)는 상기 기판상에 제1콜렉터(100)을 형성하는 공정을 나타낸다. 제1콜렉터 형성 재료도 이 분야에서 사용되는 것이라면 특별한 제한 없이 사용할 수 있으며, 예컨대, Pt 또는 Au 등을 들 수 있다. 상기 제1콜렉터(100)은 물리적 기상증착에 의해 그루브를 포함하는 형상으로 증착될 수 있다. 여기서, 상기 기판(1)과 제1콜렉터(100) 사이에 접착(adhesion)을 향상시키기 위해서 접착층(미도시)을 더 포함할 수도 있다. 이 접착층은 Al, Ti, Co, Cr, Nb, Ta, W 중 어느 하나의 금속을 포함하거나, 산화인듐막(Indium Tin Oxide:ITO)층으로 이루어질 수도 있다.(b) shows a step of forming the
(c)는 상기 제1콜렉터(100) 위에 캐소드(200)를 형성하는 공정을 나타낸다. 캐소드(200) 형성 재료도 이 분야에서 사용되는 것이라면 특별한 제한 없이 사용할 수 있으며, 예컨대, LiCoO2, LiMn2O4, LiNiO2 등 리튬 전이 금속이나 V2O5와 같은 금속 산화물을 들 수 있다. 상기 캐소드(200)는 물리적 기상증착에 의해 그루브를 포함하는 형상으로 증착될 수 있다. (c) illustrates a process of forming the
(d)는 상기 캐소드(200) 위에 전해질층(300)을 형성하는 공정을 나타낸다. 전해질층(300) 형성 재료도 이 분야에서 사용되는 것이라면 특별한 제한 없이 사용할 수 있으며, 예컨대, LiPON과 같은 무기 고체 전해질(Inorganic Solid Electrolyte) 또는 고분자 전해질 등을 들 수 있다. 상기 전해질층(300)도 물리적 기상증착에 의해 그루브를 포함하는 형상으로 증착될 수 있다. (d) illustrates a process of forming the
(e)는 상기 전해질층(300) 위에 애노드(400)를 형성하는 공정을 나타낸다. 애노드(400) 형성 재료도 이 분야에서 사용되는 것이라면 특별한 제한 없이 사용할 수 있으며, 예컨대, Li, Sn, Si계 합금 등을 들 수 있다. 상기 애노드(400)도 물리적 기상증착에 의해 그루브를 포함하는 형상으로 증착될 수 있다.(e) illustrates a process of forming the
상기 애노드(400) 형성 후 평탄화 공정을 거쳐 제2콜렉터를 형성할 수 있다. 이때 평탄화 공정 없이 곧바로 제2콜렉터를 형성할 수도 있다. 제2콜렉터를 형성하기 전에 보호막 공정을 수행할 수도 있다. 이 경우에는 애노드(400) 자체를 제2콜렉터로 사용하거나, 전지 측면에 제2콜렉터를 형성하여 애노드(400)와 제2콜렉터를 연결한다. After forming the
도 1은 (a)건식법에 의한 이방성 식각과 (b)습식법에 의한 등방성 식각을 비교하여 도시한 것이다. 1 shows a comparison of (a) anisotropic etching by the dry method and (b) isotropic etching by the wet method.
도 2는 본 발명의 일실시례로서 기판(1)의 표면에 계단형상의 양변을 갖는 그루브(groove)를 형성하는 방법을 도시한 것이다.2 illustrates a method of forming a groove having both sides of a stepped shape on the surface of the substrate 1 as an embodiment of the present invention.
(a): 계단형상의 양변을 갖는 그루브(groove)를 포함하는 포토레지스트 패턴(40)이 형성된 기판(1)(a): Substrate 1 on which
(b): 표면에 계단형상의 양변을 갖는 그루브(groove)들이 형성된 기판(1)(b): substrate (1) having grooves having stepped sides on its surface
도 3은 본 발명의 일실시례로서 기판(1)의 표면에 습식법에 의한 등방성 식각에 의해 라운드 처리된 계단형상의 양변을 갖는 그루브(groove)를 형성하는 방법을 도시한 것이다.FIG. 3 illustrates a method of forming a groove having both sides of a step shape rounded by isotropic etching by a wet method on the surface of the substrate 1 as an embodiment of the present invention.
(a): 표면에 계단형상의 양변을 갖는 그루브(groove)들이 형성된 기판(1)(a): substrate 1 in which grooves are formed on the surface of which grooves have stepped sides
(b): 표면에 습식법에 의한 등방성 식각에 의해 라운드 처리된 계단형상의 양변을 갖는 그루브(groove)들이 형성된 기판(1)(b): substrate (1) having grooves having stepped both sides rounded by isotropic etching by a wet method on a surface thereof (1)
도 4는 본 발명의 일실시례로서 기판상에 포토레지스트 패턴(40)을 형성하는 방법을 예시하고 있다.4 illustrates a method of forming a
도 5는 본 발명의 일실시예에 따르는 박막형 전지의 구성방법을 순서대로 도시한 것이다.5 illustrates a method of constructing a thin film battery according to an embodiment of the present invention in order.
*도면 부호의 설명** Description of Drawing Symbols *
1: 기판 10: 계단형상의 포토레지스트 패턴의 첫째 단1: substrate 10: first stage of stepped photoresist pattern
20: 계단형상의 포토레지스트 패턴의 둘째 단20: second step of stepped photoresist pattern
30: 계단형상의 포토레지스트 패턴의 셋째 단 30: third step of stepped photoresist pattern
40: 포토레지스트 패턴40: photoresist pattern
50: 라운드 처리된 계단형상의 단면 형상50: cross-sectional shape of stepped round shape
51: 습식식각에 의해 식각되는 식각부51: an etching portion etched by wet etching
52: 계단형상의 단면 형상52: cross section of stepped shape
60: 포토마스크 61: 차광부60: photomask 61: light shield
62: 유리판 63: 투광부62: glass plate 63: light transmitting part
100: 제1콜렉터 200: 캐소드100: first collector 200: cathode
300: 전해질층 400: 애노드300: electrolyte layer 400: anode
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