KR100720115B1 - 삼차원 지지체 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 삼차원 지지체 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반도체 제조 공정에서 사용되는 포토레지스트 노광공정을 사용하여 용이하게 제작할 수 있는 삼차원 구조를 가지는 삼차원 지지체 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 이를 위한 본 발명의 삼차원 지지체의 제조 방법은 입체적인 구조를 가지는 것으로서, 기판 위에 노광공정을 이용하여 제1 포토레지스트로 제1 패턴을 형성하고, 상기 기판의 전면에 임시 포토레지스트를 도포한다. 또한 노광공정을 이용하여 상기 제1 패턴의 상부를 표면에 노출시키는 임시 패턴을 형성하고, 상기 임시 패턴을 통하여 상기 제1 패턴과 접촉하는 제2 포토레지스트를 상기 기판의 전면에 도포한다. 이어서 상기 제2 포토레지스트를 노광하고, 상기 제2 포토레지스트를 현상하여 상기 임시 패턴을 제거하면 상기 제2 포토레지스트로 상기 제1 패턴에 연결된 제2 패턴이 형성되어 삼차원 지지체가 완성된다. 본 발명에 의하면 포토레지스트를 사용한 노광공정을 이용하여 삼차원의 입체적인 구조를 가지는 삼차원 지지체를 용이하게 형성할 수 있다.

삼차원, 지지체, 포토레지스트, 노광공정

Description

삼차원 지지체 및 그 제조 방법{Three dimensional scaffold and method for fabrication thereof }

도1 내지 도3은 종래의 실시예에 따른 삼차원 지지체의 사진.

도4a 내지 도8a 및 도8c 는 본 발명의 실시예에 따른 삼차원 지지체의 제조 방법에 따라 단계적으로 형성된 삼차원 지지체의 평면도.

도4b 내지 도8b 및 도8d 는 삼차원 지지체의 A-B 선을 따라 자른 부분 단면도.

도9는 본 발명의 삼차원 지지체의 제조 방법으로 제3 패턴까지 형성된 삼차원 지지체의 사시도.

도10은 도9의 부분 확대도.

도11은 본 발명의 일실시예로서 만들어진 삼차원 지지체의 평면 사진.

도12 및 도13은 각각 도11의 단면도와 사시도의 사진.

도14 본 발명의 실시예에 의한 필터의 사시도.

본 발명에 따른 도면들에서 실질적으로 동일한 구성과 기능을 가진 구성요소들에 대하여는 동일한 참조부호를 사용한다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

100 : 기판 110 : 제1 패턴

120 : 임시 포토레지스트 130 : 임시 패턴

140 : 제2 포토레지스트 150, 155 : 제2 패턴

160 : 제3 패턴

본 발명은 삼차원 지지체 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반도체 제조 공정에서 사용되는 포토레지스트 노광공정을 사용하여 용이하게 제작할 수 있는 삼차원 구조를 가지는 삼차원 지지체 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

최근 질병 진단이나 약물 치료의 효능 평가 등 병리학이나 생명공학 등의 분야가 미래의 기술로서 연구가 급속도로 이루어지고 있다. 이러한 연구를 가속화하기 위한 방법의 하나로 바이오칩(bio chip)이 연구되고 있다.

그런데 바이오칩이 공학적으로 유용하게 사용되기 위해서는 선택된 세포가 반복 가능한 방법을 사용하여 다량으로 배양되어야 한다. 이렇게 세포를 배양하기 위한 구조물로서 삼차원 지지체(scaffold)가 이용된다.

도1 내지 도3은 종래의 실시예에 따른 삼차원 지지체의 사진들이다.

도1 내지 도3에 도시된 바와 같이, 종래의 삼차원 지지체는 표면에 다수의 구멍을 가지는 입체적인 구조를 가지는 것으로서, 이를 이용하여 효과적으로 다량 의 세포를 배양하는 것이 가능해짐으로써 생명공학을 산업기술로서 이용할 수 있는 시기가 가까워지고 있다.

그러나 도면에 소개된 종래의 삼차원 지지체는 모두 불규칙적인 모양을 가지고 있어서, 동일한 구조를 가지는 삼차원 지지체를 반복적으로 생산하는 것이 매우 어려운 단점이 있다.

이러한 단점을 해결하기 위하여 미국 특허 번호 제 6,686,184 호는 동일한 구조를 가지는 입체적인 구조물을 반복적으로 형성할 수 있는 방법으로 미세 유체 시스템의 제작에 사용하는 기술을 개시하고 있다.

그러나 상기 특허는 미세 유체 시스템을 제작하는 경우 포토레지스트를 사용한 노광공정을 이용하여 반복적인 구조물을 형성할 수 있지만, 각 구조물의 층은 별도로 패턴을 형성하여 접착하거나 각 층을 하나씩 접착하면서 패턴을 형성하여야하는 문제가 있다.

따라서 실제로 입체적인 구조물을 형성하는 경우에 종래의 방법은 공정이 너무 복잡하여 적용되지 않고 있기 때문에, 규칙적인 구조의 삼차원 지지체는 생각할 수 없는 실정이다.

따라서 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은 포토레지스트 노광공정을 이용하여 규칙적인 구조를 가지는 삼차원 구조물을 용이하게 반복 생산할 수 있는 삼차원 지지체 및 그 제조 방법을 제공하는데 있다.

또한, 본 발명은 포토레지스트 노광공정에 의해서 용이하게 대량 생산이 가능하여 유전공학을 산업에 적용하기 유리한 삼차원 지지체의 제조 방법을 제공하는데 있다.

또한, 본 발명은 삼차원 구조물에서 세포를 배양하는 경우 배양되는 세포의 균일성을 높일 수 있는 규칙적인 형태를 가지는 삼차원 지지체를 제공하는데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 삼차원 지지체의 제조 방법은 입체적인 구조를 가지는 것으로서, 기판 위에 노광공정을 이용하여 제1 포토레지스트로 제1 패턴을 형성하고, 상기 기판의 전면에 임시 포토레지스트를 도포한다. 또한 노광공정을 이용하여 상기 제1 패턴의 상부를 표면에 노출시키는 임시 패턴을 형성하고, 상기 임시 패턴을 통하여 상기 제1 패턴과 접촉하는 제2 포토레지스트를 상기 기판의 전면에 도포한다. 이어서 상기 제2 포토레지스트를 노광하고, 상기 제2 포토레지스트를 현상하여 상기 임시 패턴을 제거하면 상기 제2 포토레지스트로 상기 제1 패턴에 연결된 제2 패턴이 형성되어 삼차원 지지체가 완성된다.

상기 제1 포토레지스트 및 상기 제2 포토레지스트는 네거티브 타입이고, 상기 임시 포토레지스트는 포지티브 타입인 것을 특징으로 한다.

상기 임시 패턴 및 상기 제1 패턴은 동일한 마스크로 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 제2 포토레지스트를 도포하는 단계 후에 상기 제2 포토레지스트를 평탄 화하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 제2 포토레지스트를 현상하면서 상기 임시 패턴이 함께 제거되는 것을 특징으로 한다.

상기 제2 패턴을 형성하는 단계 후에 상기 임시 포토레지스트를 도포하는 단계 내지 상기 제2 패턴을 형성하는 단계를 반복하여 상기 제2 패턴에 연결된 제3 패턴을 형성하는 것을 특징으로 한다.

상기 임시 포토레지스트의 두께는 상기 제1 패턴 보다 두꺼운 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 삼차원 지지체는 입체적인 구조를 가지는 것으로서, 삼차원 구조가 일정한 간격으로 반복하여 배치된 것을 특징으로 한다.

상기 삼차원 구조는 수평 방향으로 반복되고, 상기 삼차원 구조가 수직으로 적층된 것을 특징으로 한다.

상기 삼차원 구조의 재질은 포토레지스트인 것을 특징으로 한다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예를 상세히 설명한다.

도4a 내지 도8a 및 도8c는 본 발명의 실시예에 따른 삼차원 지지체의 제조 방법에 따라 단계적으로 형성된 삼차원 지지체의 평면도이고, 도4b 내지 도8b 및 도8d는 삼차원 지지체의 A-B 선을 따라 자른 부분 단면도이다.

도4a 내지 도8b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 삼차원 지지체의 제조 방법에 따라 기판(100) 위에 제1 포토레지스트를 도포하고, 노광공정을 이용하여 제1 포토레지스트로 제1 패턴(110)을 형성한다. 상기 기판(100)은 삼차원 지지체의 구 조물을 지지하는 프레임 역할을 하는 것으로서 예를 들어 실리콘 기판, 유리 기판, 석영 기판 및 테플론 기판 등이 사용된다.

상기 제1 패턴(110)은 예를 들어, 도2에 나타난 것과 같은 격자무늬로 형성하였고, 제1 패턴(110)은 삼차원 지지체의 구조물로 사용하기 위하여 네거티브 포토레지스트를 사용하여 형성한다. 이때 사용되는 네거티브 포토레지스트는 우수한 표면 접착력과 화학적 내성을 가진 에폭시(epoxy) 성분을 포함하는 네거티브 포토레지스트로서 마이크로켐(Microchem) 사의 SU-8 등을 적용하는 것이 바람직하다.

마스크(도면에 표시하지 않음)의 크롬패턴과 반대의 패턴이 형성되는 네거티브 포토레지스트는 포지티브 포토레지스트에 비하여 경도가 크고 화학적 내성이 커서 삼차원 지지체의 구조물로 사용하기에 적합하다.

이어서 도5a 내지 도6b에 도시된 바와 같이, 기판(100)의 전면에 임시 포토레지스트를 도포(120)하고, 노광공정을 이용하여 상기 제1 패턴(110)의 상부를 표면에 노출시키는 임시 패턴(130)을 형성한다. 임시 포토레지스트는 포지티브 포토레지스트를 사용하여, 임시 패턴(130)은 제1 패턴(110)에 사용한 마스크를 포지티브 포토레지스트에 적용하여 용이하게 형성할 수 있다.

후속 공정의 평탄화 및 노광공정을 용이하게 하기 위하여 상기 임시 포토레지스트(120)의 두께는 상기 제1 패턴(110) 보다 두껍게 도포하는 것이 바람직하다.

이때 상기 임시 패턴(130)은 후속 공정에서 제거하여야 하기 때문에 열처리 공정에 의해서 상기 임시 패턴(130)이 지나치게 경화되지 않도록 주의한다.

도7a 및 도7b에 도시된 바와 같이, 임시 패턴(130)을 통하여 제1 패턴(110) 과 접촉하는 제2 포토레지스트(140)는 기판(100)의 전면에 도포되고, 제1 포토레지스트와 제2 포토레지스트(140)는 바람직하게는 동일한 포토레지스트를 적용함으로써 제1 패턴(110)과 제2 포토레지스트(140)의 접착력을 높이고 공정을 간편하게 할 수 있다.

그리고 삼차원 지지체의 여러 구조물이 계속 적층되기 위해서 제2 포토레지스트(140)는 열처리에 의하여 평탄화시키는 것이 바람직하다. 포토레지스트를 열처리에 의해서 평탄화시키는 것은 각 포토레지스트에 적합한 온도를 적용하면 포토레지스트가 흐르는 특성을 이용하는 것으로 포토레지스트 종류에 따라 공정 온도가 결정된다.

도8a 및 도8b에 도시된 바와 같이, 삼차원 지지체의 구조에 필요한 마스크를 사용하여 노광된 제2 포토레지스트(140)를 현상하여 부분적으로 제1 패턴(110)에 입체적으로 연결된 제2 패턴(150)을 형성하고, 제2 포토레지스트(140) 하부의 임시 패턴(130)을 제거한다.

이때 임시 패턴(130)은 포지티브 포토레지스트로 형성된 것이기 때문에 SU-8과 같은 네거티브 포토레지스트를 현상하는 화학약품에 의해서 용이하게 제거되는 장점이 있다. 따라서 별도의 추가 공정 없이 임시 패턴(130)을 제거할 수 있다.

도8c 및 도8d에 도시된 바와 같이, 도8a와 다른 구조를 가지는 삼차원 지지체의 구조에 필요한 마스크를 사용하여 노광된 제2 포토레지스트(140)를 현상하여 부분적으로 제1 패턴(110)에 입체적으로 연결된 다른 제2 패턴(155)을 형성하고, 도8b와 동일한 방법으로 제2 포토레지스트(140) 하부의 임시 패턴(130)을 제거한 다.

도8d에 도시된 바와 같이, 본 발명의 삼차원 지지체의 제조 방법에 의해서 하부 패턴인 제1 패턴(110)이 형성되지 않은 부분까지 연장되어 형성된 다른 제2 패턴(155)을 용이하게 형성할 수 있다.

제2 패턴(150)이 형성된 다음에 계속해서 다른 구조물을 적층하고자 하는 경우 상기 임시 포토레지스트(120)를 도포하는 단계에서부터 제2 패턴(150)을 형성하는 단계까지의 공정을 반복하면 계속해서 입체적인 구조물을 형성할 수 있다.

도9는 본 발명에 의한 삼차원 지지체의 제조 방법으로 제3 패턴까지 형성된 삼차원 지지체의 사시도이고, 도10은 도9의 부분 확대도이다.

도9 및 도10에 도시된 바와 같이, 제3 패턴(160)을 형성하는데 제1 패턴(110)에 사용한 것과 동일한 마스크를 사용하여 상기 임시 포토레지스트(120)를 도포하는 단계에서부터 제2 패턴(150)을 형성하는 단계까지의 공정을 실시한다.

이때, 제1 포토레지스트 내지 제3 포토레지스트를 모두 동일한 종류의 포토레지스트를 사용하면, 하나의 포토레지스트로 적층된 구조의 삼차원 지지체가 형성되어 공정이 간편하다. 또한 제1 패턴(110) 내지 제3 패턴(160) 사이의 접착력도 동일한 포토레지스트로 인하여 우수해지는 장점이 있다.

본 발명에 따른 삼차원 지지체의 제조 방법에 의해서 만들어진 삼차원 지지체는 종래의 삼차원 지지체와 달리 노광공정을 사용하여 만들어 졌기 때문에 삼차원 구조가 일정한 간격으로 반복하여 배치되어 있다.

상기 삼차원 구조는 수평 방향으로 반복되고, 여러 종류의 상기 삼차원 구조 가 수직으로 적층되어 있다. 또한 삼차원 구조를 제작하는 재질은 반도체 제조 공정에 사용되는 여러 가지가 가능하지만, 리소그래피 공정만으로 제작하는 것이 용이하기 때문에 포토레지스트를 사용하는 것이 바람직하다.

도11은 본 발명의 일실시예로서 만들어진 삼차원 지지체의 평면 사진이고, 도12 및 도13은 각각 도11의 단면도와 사시도를 보여주는 사진이다.

도11의 삼차원 지지체에 사용된 포토레지스트는 SU-8이고, 기판은 실리콘 기판을 사용하였다. 포토레지스트 패턴은 일예로 메시 모양의 마스크를 사용하였다.

제1 패턴의 포토레지스트 두께는 25 ㎛를 사용하였고, 제2 패턴의 포토레지스트 두께는 30 ㎛를 사용하였다. 도13에 도시된 것과 같이 제1 패턴과 제2 패턴 사이에 중첩되는 부분에서 제1 패턴과 제2 패턴이 결합되어 견고하게 접착되어 있어 유체가 상, 하부로 통과하는 구조로 된다.

본 발명의 삼차원 지지체는 다른 실시예, 예를 들어 셀을 크기에 따라 분류할 수 있는 필터에 적용하여 사용할 수 있다.

도14는 본 발명의 실시예에 의한 필터의 사시도이다.

도14에 도시된 바와 같이, 서로 크기가 다른 여러 종류의 셀을 크기에 따라 분류하기 위하여 본 발명의 삼차원 지지체가 사용될 수 있다.

도면에 표시된 화살표 방향으로 셀이 이동하는 경우 각각 개구부의 크기가 점점 작아지는 필터를 구성함으로써 크기에 따라 셀을 효과적으로 분류할 수 있다. 이러한 구조의 삼차원 지지체는 본 발명의 삼차원 지지체의 제조 방법에 따라 수직 방향이나 수평 방향으로 형성하는 것이 바람직하다.

이상에서, 본 발명의 구성 및 동작을 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만, 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상 및 특허청구 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능함은 물론이다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면 포토레지스트를 사용한 노광공정을 이용하여 삼차원의 입체적인 구조를 가지는 삼차원 지지체를 용이하게 형성할 수 있다.

종래와 달리 형성된 삼차원 지지체가 일정한 형태를 가져서 노광공정에 의해서 대량 생산이 가능하기 때문에 유전공학을 산업에 적용하기에 유리하다.

또한 삼차원 지지체가 규칙적인 형태를 가지고 있기 때문에 본 발명의 삼차원 지지체를 이용하여 세포를 배양하는 경우 균일성을 높은 장점이 있다.

Claims (11)

1. 입체적인 구조를 가지는 삼차원 지지체의 제조 방법으로서,

   기판 위에 노광공정을 이용하여 제1 포토레지스트로 제1 패턴을 형성하는 단계;

   상기 기판의 전면에 임시 포토레지스트를 도포하는 단계;

   노광공정을 이용하여 상기 제1 패턴의 상부를 표면에 노출시키는 임시 패턴을 형성하는 단계;

   상기 임시 패턴을 통하여 상기 제1 패턴과 접촉하는 제2 포토레지스트를 상기 기판의 전면에 도포하는 단계;

   상기 제2 포토레지스트를 노광하는 단계; 및

   상기 제2 포토레지스트를 현상하고, 상기 임시 패턴을 제거하여 상기 제2 포토레지스트로 상기 제1 패턴에 연결된 제2 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 삼차원 지지체의 제조 방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 제1 포토레지스트 및 상기 제2 포토레지스트는 네거티브 타입이고, 상기 임시 포토레지스트는 포지티브 타입인 것을 특징으로 하는 삼차원 지지체의 제조 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 임시 패턴 및 상기 제1 패턴은 동일한 마스크로 형성되는 것을 특징으로 하는 삼차원 지지체의 제조 방법.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 제2 포토레지스트를 도포하는 단계 후에 상기 제2 포토레지스트를 평탄화하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 삼차원 지지체의 제조 방법.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 제2 포토레지스트를 현상하면서 상기 임시 패턴이 함께 제거되는 것을 특징으로 하는 삼차원 지지체의 제조 방법.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 제2 패턴을 형성하는 단계 후에 상기 임시 포토레지스트를 도포하는 단계 내지 상기 제2 패턴을 형성하는 단계를 반복하여 상기 제2 패턴에 연결된 제3 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 삼차원 지지체의 제조 방법.
7. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 임시 포토레지스트의 두께는 상기 제1 패턴 보다 두꺼운 것을 특징으로 하는 삼차원 지지체의 제조 방법.
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