KR100837829B1 - Fabrication of microstructures for micro/nano-fluidic devices and MEMS microdevices using inorganic polymers and hydrophilic polymers - Google Patents

Fabrication of microstructures for micro/nano-fluidic devices and MEMS microdevices using inorganic polymers and hydrophilic polymers

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KR100837829B1
KR100837829B1 KR20060045370A KR20060045370A KR100837829B1 KR 100837829 B1 KR100837829 B1 KR 100837829B1 KR 20060045370 A KR20060045370 A KR 20060045370A KR 20060045370 A KR20060045370 A KR 20060045370A KR 100837829 B1 KR100837829 B1 KR 100837829B1
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김동표
윤태호
이홍주
홍난영
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충남대학교산학협력단
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본 발명은 광가교형 무기고분자형 포토레지스트(photoresist)를 노광 공정(Photolithography), 마이크로 트랜스퍼몰딩(micro-transfer molding; μ-TM), 임프린트 리소그래피 (imprint lithography)공정, 스테레오리소그래피 (stereolithography) 등과 같은 방법으로 각종 기능성 패턴과 구조물을 제조하는 것이다. The present invention is an optical cross-linked inorganic polymer type photo resist (photoresist) an exposure step (Photolithography), micro-transfer molding (micro-transfer molding; μ-TM), such as, imprint lithography (imprint lithography) process, Stereolithography (stereolithography) how to manufacture the various functional patterns and structures. 성형된 패턴과 구조물은 후경화 혹은 고온 열처리 공정을 거침으로서 화학적, 열적 안정성 및 광투과성을 지닌 무기고분자 혹은 세라믹 조성의 미세유체 패턴과 소자를 제조한다. Molded pattern and structure is prepared and then cured, or a microfluidic device of the pattern and the chemical high-temperature heat treatment process as a roughness, an inorganic polymer or a ceramic composition having a thermal stability and light transmission properties. 또한 유사한 공정을 친수성 고분자에 적용하여 친수성 나노유체 패턴 및 소자를 제조함으로서 향후 각종 MEMS/NEMS소자에 사용한다. In addition, by applying the similar processes to the hydrophilic polymer used in the future various MEMS / NEMS devices manufactured by a hydrophilic pattern and a nanofluidic device.
소프트리소그래피, 무기고분자, 세라믹, 세라믹 전구체, MEMS, 미세유체소자, 초친수성 고분자, 나노채널, Soft lithography, an inorganic polymer, ceramic, ceramic precursor, MEMS, microfluidic devices, and second hydrophilic polymer, nano-channels,

Description

무기고분자 및 친수성 고분자를 이용한 미세·나노유체 소자 및 MEMS 미세구조물 제조 방법 {Fabrication of microstructures for micro/nano-fluidic devices and MEMS microdevices using inorganic polymers and hydrophilic polymers} Micro-nano fluidic device and MEMS microstructure manufacturing method using an inorganic polymer and a hydrophilic polymer {Fabrication of microstructures for micro / nano-fluidic devices and MEMS microdevices using inorganic polymers and hydrophilic polymers}

도 1은 본 발명의 무기고분자 전구체를 이용한 세라믹 유체 패턴 및 구조물 형성에 대한 설명이다. 1 is a description of the fluid ceramic patterns and structures formed using an inorganic polymer precursor of the present invention.

도 2는 본 발명의 유무기 복합 친수성 고분자 및 무기고분자를 이용한 유체 패턴및 구조물 형성에 대한 개략적인 설명이다. Figure 2 is a schematic description of the fluid pattern and the structure formed by the organic-inorganic hybrid hydrophilic polymer and an inorganic polymer according to the present invention.

도 3은 본 발명의 패턴형성을 위한 공정 중 마이크로 트랜스터 몰딩과 임프린트 리소그래피 공정에 대한 개략적인 설명이다. Figure 3 is a schematic description of the process micro-trans emitter molding and imprint lithography for pattern formation process of the present invention.

도 4는 본 발명의 실시예 1에 따른 무기고분자 유체 패턴및 구조물을 위한 고분자 몰드를 형성하는 과정에 대한 설명이다. Figure 4 is a description of the process of forming a mold for the polymeric inorganic polymer fluid pattern and structure in accordance with the first embodiment of the present invention.

도 5는 본 발명의 실시예 2에 따른 열처리로 경화된 무기고분자의 자외선 투과특성의 분석결과이다. Figure 5 is a result of the analysis of UV transmission properties of the inorganic polymer hardened by heat treatment according to a second embodiment of the invention.

도 6은 본 발명의 실시예 3에 따른 무기고분자를 이용한 미세유체 패턴의 주사현미경 (SEM) 사진이다. Figure 6 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of a microfluidic pattern using an inorganic polymer according to a third embodiment of the invention.

도 7은 본 발명의 실시예 4에 따른 실리콘 웨이퍼 기판의 미세유체용 무기고분자 채널의 주사현미경 사진이다. Figure 7 is a scanning microscopic photograph of the microfluidic channel for inorganic polymer of a silicon wafer substrate according to a fourth embodiment of the present invention.

도 8은 본 발명의 유무기 복합 친수성 고분자와 지지체용 고분자간의 성형을 통한 미세 채널 및 구조물의 제작 과정에 대한 설명이다. 8 is a description of the production process of the fine channels and structures through the molding between the organic-inorganic hybrid hydrophilic polymer and the supporting cheyong polymer of the present invention.

도 9는 본 발명에서 실시예 6에 따른 친수성 고분자의 채널 형성을 위하여 사용된 마스크와 성형된 미세유체 채널의 원자 현미경 (AFM) 입체사진이다. 9 is a sixth embodiment of masks and atomic force microscopy (AFM) photo of the three-dimensional microfluidic channels molded channel used for the formation of a hydrophilic polymer according to the present invention.

도 10은 본 발명의 실시예 7에 따른 친수성고분자의 미세채널에서 수용액의 자발적 흐름현상 비교하기 위한 광학현미경 사진이다. 10 is an optical micrograph for comparing spontaneous flow of the developing solution in the microchannel of the hydrophilic polymer according to the seventh embodiment of the present invention.

도 11은 본 발명의 실시예 8에 따른 친수성-소수성 혼합 미세채널을 가진 미세유체 장치의 제작방법에 대한 설명이다. Figure 11 is a hydrophilic, according to an embodiment 8 of the present invention a description of a method of producing a microfluidic device with a hydrophobic mixing microchannel.

도 12는 본 발명의 실시예 9에 따른 스테레오리소그래피 공정을 활용한 나노구조물을 형성한 결과를 보여주는 주사현미경 사진이다. Figure 12 is a scanning electron microphotograph showing the result of forming the nano structure utilizing a stereo lithography process according to an embodiment 9 of the present invention.

MEMS (Microelectromechanical Systems)는 원래 전기, 전자적인 구동특성을 가진 초소형 기계소자 혹은 이를 포함하는 시스템을 의미하였으나, 현재는 광학적, 열적, 유체역학적, 화학적, 생물학적 기능을 소형화, 고정밀화, 복합화함으로써 다양한 분야에 핵심기술을 제공하는 초소형 시스템을 총칭한다. MEMS (Microelectromechanical Systems), originally electrical, but means a system including very small mechanical device having an electronic drive characteristic or this, the present optically, thermally, hydrodynamic, chemical, and a variety of fields, by downsizing, high precision, compounding the biological function to collectively in a compact system that provides core technology.

현재의 MEMS 기술은 증착박막의 선택적인 식각기법인 표면미세가공기술과 실리콘 기판 자체를 식각하는 기판미세가공기술, 나아가 레이저 마이크로머시닝, 전자방출 마이크로머시닝, LIGA (Lithographie, Galvanoformung und Abformung, German abbreviation) 공정이 활용되고 있다. The current MEMS technology is deposited film selective etching technique of surface micromachining technology and a substrate fine processing technology of etching a silicon substrate itself, and further laser micro machining, electron-emitting micro-machining, LIGA (Lithographie, Galvanoformung und Abformung, German abbreviation) this process has been used. 실리콘, 유리, 고분자, 금속재료를 사용하여 제조되는 현재 MEMS 소자는 반복 작동과 높은 집적도로 인해 마찰/마모, 점착성, 피로현상에 의한 기능저하가 발생하므로 다른 재료의 활용이 필요하다. MEMS devices are fabricated using a silicon, glass, polymer, metal materials, so that repeated operation and because of the high density friction / abrasion, adhesion, deterioration due to fatigue phenomena occur require use of different materials.

또한 미세유체소자는 MEMS 소자중에서 미세 가공기술로 제작한 수십 nm부터 수백 ㎛크기의 미세 채널과 상호 연결된 밸브, 화학 반응부, 미세검출 시스템, 분리필터부 등의 미세요소를 결합하여 화합물의 탐색 및 생산을 포함한 화학적 변환 및 연계공정을 일으킬 수 있는 시스템을 말한다. In addition, the microfluidic device is the navigation of a combination of micro-elements, such as a several tens of nm from hundreds ㎛ size microchannels and interconnected valves, the chemical reaction section, the micro-detection system, the separation filter unit of made of fine processing technology in a MEMS element compound and It refers to a system that can cause a chemical transformation, and associated processes, including production.

최근 나노기술에 대한 연구가 활발히 진행되고 있으며, 그 결과로 미세유체를 이용한 소자의 제작에 대한 활발한 연구가 이루어지고 있다 [IEEE, vol. Recently, research has been actively conducted on nanotechnology, active research on the production of a device using a micro-fluid and as a result have been made [IEEE, vol. 86, 1594, 1998; 86, 1594, 1998; Science, vol. Science, vol. 285, 699, 1999]. 285699, 1999]. 미세유체 소자를 제조하기 위하여 MEMS 기법을 이용한 패터닝 공정이 필요하다. The patterning process using the MEMS technique is required to manufacture a microfluidic device. 패턴을 형성하는 방법으로는 원/분자수준의 원료를 축적하는 방법 (bottom-up) 혹은 벌크재료로부터 각종 식각법으로 깎아 나가는 방법 (Top-down)으로 나눌 수 있는데, 형성된 고분자 물질을 소성 변형시켜 원하는 수준의 구조물 및 패턴을 제조하는 방법은 후자에 속한다. A method for forming a pattern can be divided into source / method for accumulating the molecular level of the material (bottom-up) or how to get out of cut in a variety of etching from the bulk material (Top-down), by plastic deformation of the formed polymer material a method of manufacturing the structure and pattern of the desired level, belongs to the latter. 현재 반도체 공정에 사용되는 노광공정(Photolithography)은 사진기술을 이용하는 공정으로 패턴이 형성된 마스크에 빛을 조사하여 기판에 도포된 감광성 고분자를 유체 패턴양식으로 가교시키고 에칭과정을 거쳐 패턴을 만드는 공정이다. Current exposure step (Photolithography) used in the semiconductor process is a step of crosslinking a photosensitive polymer coating on the substrate is irradiated with light, a mask pattern is formed in the process using the photography and the fluid pattern form and to create a pattern by an etching process. 현재 선폭 100 nm 이하 의 나노소자를 비롯한 각종 MEMS소자는 표면 미세가공 (Surface micromachining), 전자빔 리소그래피(Electron beam lithography), LIGA, 반응 이온에칭 (Reactive ion etching), X선 리소그래피 (X-ray lithography). Various kinds of MEMS devices are including a nanodevice having a line width less than 100 nm are surface micromachined (Surface micromachining), electron-beam lithography (Electron beam lithography), LIGA, reactive ion etching (Reactive ion etching), X-ray lithography (X-ray lithography) . 전자펜 리소그래피 (Dip-pen lithography) 등의 공정을 금속, 플라스틱, 유리등의 재료에 적용하여 제조되고 있으나 고온 내열성과 화학적 안정성 등이 요구되는 고집적 구동소자, 미세화학반응 시스템에는 다른 재료의 적용이 요구되고 있다. Electronic pen lithography (Dip-pen lithography) process, a metal, plastic, glass, etc., but is made by applying to the material high-temperature heat resistance and chemical stability, etc., the high-density-driven elements, the micro-chemical reaction systems that require application of a different material such as a is required. 즉 MEMS의 재료로 실리콘, 유리, 고분자, 금속재료가 주로 사용되어지고 있는데, 높은 강도와 고온 및 화학적 안정성을 지닌 세라믹의 재료에 대한 관심이 증대되고 있다. I.e. there silicon, glass, polymer, metal material of the MEMS materials are being commonly used, there is a growing interest in the ceramic having a high strength and a high temperature and chemically stable materials.

고온용 반응기나 화학적으로 거친 조건하에 작동 가능한 미세화학 세라믹 반응기는 물론 MEMS 모듈을 구현하기 위해서는 고온에서도 안정하며, 화학적 안정성을 지니고 있는 비산화물 세라믹(SiC, SiCN, SiCBN, BN)이 적합하다고 할 수 있다 [Adv. Group or the reaction for the high temperature fine available under chemically harsh conditions Operating chemical ceramic reactor, as well as to implement the MEMS module stability even at high temperatures, and can be said to be chemically non-oxide that has a stable ceramic (SiC, SiCN, SiCBN, BN) suitable is [Adv. Mat., vol. Mat., Vol. 13, 54 2001]. 13, 54 2001]. 이러한 탄화물(Carbides), 질화물(Nitrides), 규화물(Silicides), 붕화물 (Borides), 황화물 (Sulfides) 등은 이미 섬유, 박막, 복합체 등 다양하게 응용되어 오고 있다 [Journal of the American Ceramic Society, vol. These carbide (Carbides), nitride (Nitrides), silicide (Silicides), borides (Borides), sulfide (Sulfides), etc. have already been in a variety of applications fibers, films, composites, etc. [Journal of the American Ceramic Society, vol . 75, 1300, 1992; 75, 1300, 1992; United States Patent, 4,336,215, 1982]. United States Patent, 4,336,215, 1982]. 특히 우주항공, 열엔진 및 절삭공구 그리고 극한 환경 하에서 사용할 수 있는 소재로서 각광을 받고 있다. In particular, the spotlight as a material that can be used under the aerospace, thermal engine and the cutting tool and extreme environments. 비산화 세라믹의 일반적 제조방법은 고융점, 비용해성의 분말로부터 제조되기 때문에 값비싼 공정을 거쳐야 하기 때문에 기존 분말 공정의 단점을 극복하기 위한 연구가 진행되고 있다. In general manufacturing method of a non-oxide ceramic is a study to overcome the disadvantages of conventional powder process proceeds to go through due to the expensive process since the powder produced from a high-melting, insoluble. 또한 SiC, SiCN 등의 세라믹 재료는 열적 화학적 안정성으로 매우 우수하여 낮은 식각속도를 보임으로써 기존 반도체 식각 공정으로 세 라믹 미세구조물 및 유체 패턴제조가 어려운 문제점을 있어서 새로운 공정개발이 요구되고 있었다. There was also a new process development is required in the SiC, the ceramic material has a thermal and chemical stability, excellent in the ceramic microstructure and fluid pattern difficult to manufacture conventional semiconductor etching process by showing a low etching rate to the problem, such as SiCN. [Materials Science Forum, vol. [Materials Science Forum, vol. 510-511, 774, 2006; 510-511774, 2006; Key Eng. Key Eng. Mat. Mat. vol. vol. 287, 96, 2005]. 287, 96, 2005].

이에 따라 분자 전구체를 이용한 화학 증착법, 무기 분자 전구체의 열분해법, 유기-무기 혼성 복합체 등이 대안으로서 연구되어 왔으나, 1980년대 Nippon Carbon Co.이 무기고분자를 이용하여 SiC 섬유(상표명: Nicalon)를 개발 시판한 이후, 그동안 각종 무기고분자 전구체가 합성되어 세라믹 섬유, 코팅 및 세라믹 섬유/세라믹 매트릭스의 복합재료로 사용되어져 왔다. Develop: (Nicalon TM) wateuna include inorganic hybrid composites have been studied as an alternative, 1980 Nippon Carbon Co. The use of inorganic polymer SiC fibers - In chemical vapor deposition, pyrolysis of the inorganic precursor molecule with a molecular precursor, in accordance with the organic since commercially available, during which a variety of inorganic polymer precursor are combined has been used as a composite material of ceramic fibers, coatings, and ceramic fiber / ceramic matrix. 다양한 졸-겔 공정을 이용한 산화물계 세라믹은 전자 및 구조재료로 널리 이용되고 있는 반면, 무기고분자로부터 제조된 SiC나 Si 3 N 4 세라믹은 섬유 등 일부분에서 상업화되어 있다. Various sol-gel process using the oxide-based ceramics, while being widely used as electronic and structural materials, an inorganic polymer produced from SiC and Si 3 N 4 ceramic has been commercialized in part fiber. 세라믹 전구체로 이용되는 각종 무기고분자의 종류와 열분해 생성 수율은 표 1에서 보여주고 있다. Various kinds of inorganic polymers is used as the ceramic precursor and produce pyrolytic yield is shown in Table 1. 대체로 200~300℃ 이하에서 열분해가 시작되어 이로 인한 물성 열화가 급격히 발생하는 유기고분자에 비해, 무기고분자는 열분해 온도가 400℃로 대체로 높아 비교적 폭넓은 열안정성을 가지고 있음은 물론 화학적 안정성도 높은 장점을 가지고 있다. Generally, compared to an organic polymer which is the thermal decomposition starts, the physical properties deteriorate rapidly occur resulting in less than 200 ~ 300 ℃, inorganic polymers that have a relatively wide range of thermal stability The thermal decomposition temperature increases generally as 400 ℃ as well as chemical stability, high advantages to have. 액상의 고분자 전구체(Preceramic polymer)는 다른 재료와의 혼합하여 성형이 간단하여 여러 가지 형태의 세라믹스 제조가 가능해짐에 따라 미세 세라믹 구조의 제조법으로 그 중요성이 점차 높아지고 있다. The liquid polymer precursor (Preceramic polymer) is more critical to the process of the fine ceramic structure gradually increases as they become easy to mold are mixed with other material can be various types of ceramics. 최근 간편한 각종 소프트 리소그래피 (Soft lithography) 공정이 경제적 생산 공정으로 각광받고 있을 뿐만 아니라 이외에도 기존 공정으로는 제조가 불가능한 각종 3차원 미세구조물 제조를 위해서 스테레오 리소그래피(Stereolithography) 공정 등 신공정 개발이 계속 이루어지고 있다. This last easy various soft lithography (Soft lithography) processes, as well as the spotlight economical production process in addition to the existing processes is becoming Stereolithography (Stereolithography) process such new process development is still made to a variety of three-dimensional fine structure forming the manufacture impossible .

표 1 세라믹전구체로 이용되는 무기고분자의 종류와 열분해 생성 수율 Table 1 Type of inorganic polymers is used as the ceramic precursor and produce pyrolytic yield

기존의 수용성 미세 유체소자는 대부분 실리콘 고무의 일종인 PDMS (Polydimethylsiloxane) 혹은 유리 및 실리콘 재료를 활용하여 제조하였다. Conventional water-soluble microfluidic device was prepared utilizing most of the silicone rubber of a type of PDMS (Polydimethylsiloxane) or the glass and silicon material. 전자는 우수한 물리 화학적 성질과, 저렴한 가격, 우수한 성형성을 보유하고 있어서 다양한 형태의 소자 제작에 사용되어 왔으나 110˚ 이상의 높은 접촉각을 갖는 소수성 고분자라는 단점을 갖고 있어 수용액을 이용한 수 마이크로이하의 미세유체소자의 적용에 어려움이 있었다. The former is excellent physicochemical properties and a low price, in stocks excellent moldability been used in the production of various types of microfluidic devices can be the following with an aqueous solution it has the disadvantage that the hydrophobic polymer has a higher contact angle than the micro 110˚ there were difficulties in applying the device. 이를 극복하기 위해서 물리화학적 코팅, 표면 개질화, 실란화, 라디칼 그룹이나 단백질 접합법이 시도되었으나 플라즈마를 사용하여 표면처리를 통한 표면개질법이 가장 일반적이다. While the physico-chemical coating, the surface of one nitride, silanized, a radical group or protein bonding method attempts to overcome this problem, surface reforming with a surface treatment using a plasma is the most common.

특허등록번호 10-0126891의 경우 플라즈마를 사용하여 소수성 고분자 표면에 라디칼을 형성시킨 후 친수성 물질을 도포하는 방법을 제시하였으나, 이와 같은 경우 이미 형성된 나노 크기의 미세채널 위에 도포되어 성형이 되므로 나노 구조물의 형태 및 크기를 변화시킬 수 있으며, 반복 사용 시 물성변화가 쉽게 발생하는 낮은 안정성이 문제가 되고 있다. Patent Registration No. 10-0126891 In after using a plasma to form a polymer radical on the hydrophobic surface but proposes a method of applying a hydrophilic substance, in this case, is applied onto the already formed nanoscale microchannel because of the formation of nanostructure possible to change the shape and size, and has a low stability to repeated changes in the physical properties easily occur during use is a problem. 또한, 특허등록번호 10-0508961의 경우 판상구조를 가진 미립질 상태의 이산화티탄을 도포함으로써 표면의 친수성 향상 및 차폐성 향상을 도모하였으나 미세 영역의 유체 패턴제작에는 어려운 공정이다. In the case of the Patent Registration No. 10-0508961 by the application of the titanium dioxide fine particle of the state to be achieved, but the hydrophilicity improves, and improved shielding properties of the surface of the fluid region of the fine pattern making difficult process with the plate-like structure. 한편 친수성 유리 및 실리콘 소자는 매우 안정한 특성이 있는 반면 제조단가가 매우 높은 단점이 있으므로 저렴하고 안정한 특성을 나타내는 재료를 활용한 미세/나노 유체소자 제조가 요구되고 있다 The hydrophilic glass and the silicon element is very stable characteristics while the manufacturing cost is high because there is produced a very cheap and disadvantages micro / nano fluid utilizing a material having stable properties is required in the device

세라믹 재료의 공정에서 낮은 식각속도 및 고가의 공정 비용의 기존의 공정이 지니고 있는 한계를 극복하기 위하여 마이크로 트랜스퍼 몰딩, 임프린트 리소그래피 등의 소프트 리소그래피 기술 등 플라스틱 재료에 적용되는 공정을 무기고분자에 적용하여 미세 구조물을 제조함으로서 기존의 반도체 공정을 이용한 제작 방법에 비해 비용 및 제작 시간을 줄일 수 있다. To a process that is applied to the plastic material such as micro-transfer molding, imprint lithography, such as soft lithography technology applied to the inorganic polymer to overcome the low etch rate and the limits of the traditional process of the expensive process costs has in the process of the ceramic material fine by preparing a structure can reduce the costs and production times compared with the manufacturing method using a conventional semiconductor process.

상기 공정은 무기고분자 박막을 미세소자 제조용 기판 재료, 예컨대 실리콘 웨이퍼에 도포한 다음 코팅된 기판을 가열하여 포토레지스트 필름 내 용제를 증발시킨다. The process is then coated with an inorganic polymer thin film element for producing a fine ceramic material, such as silicon wafers, and then heating the coated substrate by evaporation of the solvent in the photoresist film. 다음에는 가열된 기판의 코팅 면을 이미지화 방식으로 노광시켜 화학적 변형을 유발한다. Followed by exposure to image the coated surface of a heated substrate results in a chemical modification method. 노광공정 이후 기판을 현상액으로 처리하여 기판의 코팅면의 비노광 부위를 용해시켜 제거한다. After the exposure process treating the substrate with a developing solution, to remove by dissolving the non-exposed areas of the coated surface of the substrate. 후경화 공정을 거쳐 제조된 고분자 유체 패턴 및 구조물 자체를 그대로 소자에 활용하거나, 추가적으로 비활성 분위기하에서 최대 1200 ℃까지 열처리함으로서 탄화규소 (SiC), 탄화산소규소 (SiOC), 질화규소 (Si 3 N 4 )계 세라믹 유체 패턴및 구조물을 제조한다. After curing by via a process utilizing the polymeric fluid pattern and the structure itself to the AS device or the heat treatment up to 1200 ℃ under additional inert atmosphere, silicon carbide (SiC), carbide oxygen silicon (SiOC), silicon nitride (Si 3 N 4) system to produce a ceramic fluid patterns and structures.

무기고분자 전구체를 이용한 세라믹 유체 패턴 및 채널의 제조공정은 도 1에서 보여주고 있으며 액상의 무기고분자 전구체에 자외선이나 가열에 의하여 라디칼반응에 의한 가교반응을 수행할 수 있는 반응개시제를 첨가하여 원하는 패턴을 성형한 후 광가교와 열가교에서 선택되는 어느 하나 이상의 방법을 통해 경화시킨다. It is shown in FIG manufacturing process of the ceramic fluid pattern and a channel using an inorganic polymer precursor 1 and the addition of initiator to perform the crosslinking reaction by the radical reaction by ultraviolet rays or heat in the liquid inorganic polymer precursor to a desired pattern after the molding is cured through any one or more methods selected from photo-crosslinked with the thermal crosslinking. 이때 경화공정만을 거친 무기고분자 패턴을 가지는 유체소자는 기존의 PDMS 기반 유체소자보다 월등히 우수하고, 유리 및 실리콘 유체소자에 준하는 화학적 안정성을 보유하지만 그 제조단가는 플라스틱 소자 제조와 유사한 장점을 가진다고 예상되어 향후 틈새소자로서 응용성이 크다. The fluid device having only the curing step the rough inorganic polymer patterns are far superior to conventional PDMS based fluid element, and have a stability comparable to the glass and the silicone fluid element, but the manufacturing cost is expected said to have the advantages similar to the manufacture of plastic elements the next larger applicability as a gap element. 이후 사용목적에 따라서 질소, 아르곤 등 불활성기체 조건에서 600∼1200℃의 온도에서 열처리를 수행하여 내화학성, 내부식성, 내마모성의 세라믹 MEMS 소자의 제작을 수행할 수 있다. Since according to the intended use to perform a heat treatment at a temperature of 600~1200 ℃ in nitrogen, argon, or the like inert gas conditions can perform chemical resistance, corrosion resistance, making the MEMS device of the ceramic wear resistance.

한편 수용성 유체용 미세/나노유체 소자용 채널 소재로서 PDMS는 소수성 고분자라는 단점을 갖고 있어 수용액에 젖음성이 매우 낮아 수 마이크로이하의 미세유체소자 채널에서 흐름 특성을 나타내지 못한다. The aqueous fluid as micro / nano fluidic device channel material for PDMS does not show the flow characteristics in a channel of the microfluidic device than the wettability to aqueous solution it has the disadvantage that the hydrophobic polymer can be very low, micro. 표면개질형 코팅 방식이 아닌 새로운 친수성 고분자와 소프트 리소그래피공정을 이용한 미세유체 채널의 제작법은 성형시에 마스터으로부터 정확한 전사를 수행함과 동시에 안정한 물리화학적 표면특성을 기대할 수 있는 장점이 있다. Method of fabricating the microfluidic channel using a new hydrophilic polymer and a soft lithography process than the surface-modified type coating method has an advantage that can be expected to stable physical and chemical surface properties at the same time that the correct transfer from the master at the time of molding. 이를 위해 노광공정으로 제작된 실리콘 마스터위에 친수성 고분자를 코팅한 후, 다시 그 위에 PDMS를 추가로 부어 2층 구조의 복합고분자 패턴을 제조한다. Coating a hydrophilic polymer on a silicon master produced by the exposure process for this purpose and then, it poured into an additional PDMS on it again to produce a composite polymer patterns in a two-layer structure. 복합고분자의 기계적 강도를 증가하기 위하여 2차 경화를 통하여 형성된 유무기 복합 친수성 고분자 채널을 유리 기판에 접합하여 미세/나노 유체 채널을 제조한다. In order to increase the mechanical strength of the composite polymer bonding the organic-inorganic hybrid hydrophilic polymer channel formed through the post-cure to a glass substrate to prepare a micro / nano fluidic channel. 이때 사용한 친수성 고분자는 기 특허출원 10-2005-0123594 재료인 TEOS (tetraethyl orthosilicate) 또는 TMOS (tetramethyl orthosilicate)에서 선택되는 실란 화합물, 계면활성제, 금속화합물 및 초친수성 표면작용기를 갖는 킬레이트화합물의 혼합화합물을 사용한다. The hydrophilic polymer used is a mixed compound of a chelate compound with a silane compound, a surfactant, a metal compound and a super-hydrophilic surface functional group selected from the group patent application 10-2005-0123594 material is TEOS (tetraethyl orthosilicate) or TMOS (tetramethyl orthosilicate) use. 즉 기존의 표면개질형 친수성 유체소자보다 안정성이 우수하고, 고가의 친수성 유리 및 실리콘 소자에 비해 저렴한 제조단가로 인해 향후 활용성이 크다. I.e., stability is superior to conventional surface reforming hydrophilic fluid element, due to the low manufacturing cost compared to the high hydrophilicity of the glass and the silicon element is larger utilization in the future.

본 발명은 무기고분자 전구체로 노광 공정, 마이크로 트랜스퍼 몰딩, 임프린트 리소그래피, 스테레오리소그래피 공정 등을 활용하여 경제적이고 대면적의 패턴을 형성하는 방법 및 이러한 방법에 의해 제작한 고분자 혹은 세라믹 미세 유체 채널과 소자을 제조하는 것을 목적으로 한다. The present invention is made in a polymer or ceramic microfluidic channel and sojaeul manufactured by a method and such a method for forming an economical and pattern of a large area by using an exposure of an inorganic polymer precursor process, micro-transfer molding, imprint lithography a stereo lithography process, etc. and that for the purpose.

또한 유사한 공정을 친수성 고분자에 적용함으로서 수용성 나노 채널 및 소자를 제조한다. Also produce a water soluble nano-channel and the device by applying a similar process to a hydrophilic polymer. 또한 스테레오 리소그래피공정으로 다양한 3차원 구조의 고분자 및 세라믹 형태를 제조함으로서 MEMS/NEMS소자의 관련 부품으로 활용도 가능하다. It is also possible utilization of the relevant parts of the MEMS / NEMS devices by preparing a polymer and a ceramic in the form of a variety of three-dimensional structure in a stereo lithographic process.

상기의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에서는 무기고분자에 자외선 및 열적 민감성 개시제를 첨가하여 혼합한 재료와 소프트 리소그래피법으로 미세 유체 채널과 구조물을 제조하여 후경화 공정을 거쳐 제조된 고분자 유체 패턴 및 구조물 자체를 그대로 소자에 활용하거나, 추가적으로 비활성 분위기하에서 최대 1200℃까지 열처리함으로서 SiC계 세라믹 채널과 구조물을 제조한다. In order to solve the above problems, in the present invention, the by preparing a microfluidic channel and structure with ultraviolet rays and a material and a soft lithographic method and mixed with the addition of thermally sensitive initiator to the inorganic polymer through a post curing step polymeric fluid pattern and structure utilizing the self as to the device, or are prepared by the thermal treatment up to 1200 ℃ SiC-based ceramic and a channel structure further under an inert atmosphere. 또한 친수성 고분자와 소프트 리소그래피법으로 나노 유체채널 및 소자를 제조한다. Also it produced a nanofluidic channel and a device with a hydrophilic polymer and a soft lithographic method. 본 발명에서 무기고분자 전구체 혹은 친수성 고분자를 이용하여 미세유체 패턴 및 구조물을 제조하기까지의 단계별 개요를 도 2에 나타내었으며 다음과 같다. Using an inorganic polymer precursor or the hydrophilic polymer in the present invention were shown in Fig. 2 to the step-by-step overview of the manufacture of the microfluidic structures and patterns as follows.

먼저, 무기고분자 전구체를 이용하여 노광공정 및 여러 가지 소프트 리소그래피 방법을 이용하여 패턴을 형성한다. First, using an inorganic polymer precursor using an exposure process and a number of soft lithographic method to form a pattern. 지금까지 고안된 소프트 리소그래피는 MIMIC (Micromolding in capillaries), 마이크로 트랜스퍼 몰딩, 전사 몰딩 (Replica molding), 마이크로 접촉 프린팅 (μ-CP; Microcontact printing), CFL (Capillary force lithography), 임프린트 리소그래피 (Imprint lithography) 등이 있다 [ Nature , vol. Soft lithography designed so far MIMIC (Micromolding in capillaries), micro-transfer molding, the transfer molding (Replica molding), micro contact printing (μ-CP; Microcontact printing), CFL (Capillary force lithography), imprint lithography (Imprint lithography), etc. there are [Nature, vol. 376, 581, 1995; 376 581 1995; Adv. Adv. Mater , vol. Mater, vol. 8, 837, 1996; 8837, 1996; Adv. Adv. Eng. Eng. Mater , vol. Mater, vol. 2(5), 290; 2 (5), 290; 2000]. 2000].

도 3은 상기의 공정 중 본 발명에서 활용하는 마이크로 트랜스퍼 몰딩과 임프린팅 리소그래피를 설명하기 위한 목적으로 다음과 같다. 3 is as follows for the purpose of illustrating the micro transfer molding and imprinting lithography that utilizes the invention of the process.

즉, 무기고분자 및 친수성 고분자를 이용한 포토리소그래피 혹은 임프린팅 리소그래피 공정을 활용하여 최대 1 cm, 최소 10 nm 크기의 2차원 및 3차원 유체 패턴 및 구조물을 제조할 수 있는 공정 개발을 포함하며, 또한 연이은 열처리 공정에 따라 고온 안정성과 마찰, 마모 특성이 우수한 세라믹 패턴을 대량 제조할 수 있는 공정을 포함한다. That is, by using a photolithography or imprint lithography process using an inorganic polymer and the hydrophilic polymer comprises a process developed which can produce a maximum of 1 cm, at least 10 nm in size two-dimensional and three-dimensional fluid patterns and formations, and the subsequent depending on the heat treatment process includes a high temperature stability and friction, the process can be mass-produced wear properties superior ceramic pattern. 이는 추후 다양한 형상의 세라믹 유체 패턴 및 구조물의 대량 제조 기술을 확립하여 MEMS/NEMS 장치에 활용될 수 있는 응용소자 제작에 활용한다. This is to establish a mass production technology of a variety of shapes of ceramic fluid pattern and the structure further utilizes an application device manufactured that may be utilized in MEMS / NEMS devices.

또한, 본 발명에서는 스테레오리소그래피 공정을 활용하여 친수성 고분자 및 무기고분자의 다양한 유체 패턴 및 구조물을 형성하였다. In this invention by utilizing a stereo lithography process to form a variety of fluid pattern and structure of the hydrophilic polymer and an inorganic polymer. 이 공정은 백금 또는 로 듐 촉매 중에서 선택되는 귀금속이 포함된 촉매 혹은 이광자 흡수 염료를 이용하는데, 이는 노광시 이광자 흡수법에 의한 입체적 제한 선택 가교반응을 일으키기 위하여 반드시 필요하다. The process for using the catalyst or the two-photon absorbing dye-containing noble metal is selected from rhodium catalyst or platinum, which is necessary to produce a three-dimensional cross-linking reaction by the selection limit two-photon absorption during exposure. 스테레오리소그래피는 우수한 투과력과 두개의 장파장 광자를 흡수하여 광중합반응을 일으키는 영역을 최소 100 nm이하의 작은 촛점 크기로 제한함으로서 나노 크기의 정밀도를 가진 구조물 제조가 가능하며, 그림파일을 이용하면 복잡한 3차원 구조물 제조도 가능하다 [Applied Physic A. Vol 73, 561, 2001]. Stereo Lithography With the excellent permeability and two of the long wavelength absorption of a photon by limiting the area to cause the photo-polymerization reaction to a small focal size less than the minimum 100 nm by possible a structure made with the accuracy of nano-scale, image files complex three-dimensional it is also possible structure forming [Applied Physic A. Vol 73, 561, 2001]. 레이저를 이용한 이광자 흡수 광중합법을 이용한 스테레오리소그래피 공정은 고가의 반도체 공정장비 및 마스크 없이도 고정밀 3차원 구조물 제조가 가능하다고 알려져 있으며 이미 유기고분자 및 PDMS 몰드 제조시에 적용된 사례가 있으나, 미세 세라믹 유체 패턴및 구조물 제조에 적용된 사례는 없다[Applied Physic B. Vol. Stereo lithography process using a two-photon absorption photopolymerization method using a laser is known to be an expensive semiconductor processing equipment and high-definition three-dimensional structure forming without maskable and although the case has already been applied in the production of organic polymer and PDMS mold, fine ceramic fluid pattern and there is no case applied to the structure forming [applied Physic B. Vol. 77, 485, 2003]. 77485, 2003]. 일반적으로 나노크기의 유체 패턴및 구조물의 제조방법으로는 석영재료를 이용한 전자빔 조사 리소그래피 (Electron-beam lithography) 공정을 활용하는데, 이 방법은 고가의 장비를 활용해야 하는 단점을 지니고 있다. A method of producing nanoscale generally fluid pattern and the structure of the electron-beam irradiation is to take advantage of the lithographic (Electron-beam lithography) process using a silica material, the method has the disadvantage that expensive equipment must be utilized. 이에 반해 마이크로 트랜스퍼 몰딩, 임프린팅 리소그래피 및 스테레오 리소그래피 공정은 저가의 공정으로 손쉽게 실험실 조건에서 유체 패턴및 구조물을 형성할 수 있는 장점을 지니고 있다. On the other hand, micro-transfer molding, imprinting lithography, and stereo lithography process has the advantage of being able to form a fluid pattern and structure in laboratory conditions and easy access to the process of the cost. 무기 고분자 전구체의 경우 질소, 아르곤과 같은 비활성 분위기하에서 600 내지 1200℃사이에서 열처리 공정을 수행함으로써 최종적으로 탄화규소 (SiC), 탄화산소규소 (SiOC), 질화규소 (Si 3 N 4 )계 세라믹 유체 패턴및 구조물을 얻을 수 있다. For the inorganic polymer precursor of nitrogen, under an inert atmosphere such as argon, by performing a heat treatment step between 600 to 1200 ℃ final silicon carbide (SiC), carbide oxygen silicon (SiOC), silicon nitride (Si 3 N 4) ceramic fluid pattern and it is possible to obtain a structure.

무기고분자 및 친수성 고분자를 이용한 유체 패턴및 구조물 형성을 위하여 실리콘 고무의 일종인 PDMS (Polydimethylsiloxane) 몰드는 노광공정을 통하여 형성된 유체 패턴 혹은 구조물이 각인된 실리콘 마스터에 PDMS 고분자와 라디칼에 의한 가교반응를 촉진시키기 위한 개시제를 혼합한 후 50-60 o C에서 가교하여 형성할 수 있다. Inorganic polymers and liquid pattern and a PDMS (Polydimethylsiloxane) type of silicone rubber to a structure formed by a hydrophilic polymer mold to accelerate cross-linking baneungreul by PDMS polymer and the radical to the silicone master stamp fluid pattern or structure is formed through an exposure process after the initiator for a mixture may be formed by cross-linking from 50-60 o C. 이 과정에서 마스크의 패턴의 크기는 스핀속도 및 휘발성이 비교적 높은 유기용매에 의한 유기포토레지스트의 혼합에 의하여 조절할 수 있다. The pattern size of the mask in this process may be controlled by mixing the organic photoresist by a spin rate and a relatively high volatile organic solvent. 마이크로 트랜스퍼 몰딩, 임프린팅 리소그래피 및 스테레오리소그래피 공정 등을 활용하여 유무기 복합 친수성 고분자의 유체 패턴 및 구조물을 형성하는 경우, 열경화 개시제 (thermal initiator) 혹은 광경화 개시제(Photoinitiator)의 첨가없이 열가교 및 UV경화가 가능하다는 장점을 지니고 있다. Micro-transfer molding, imprinting lithography, and stereo, if utilizing a lithography process, such as to form a fluid pattern and the structure of the organic-inorganic hybrid hydrophilic polymer, cross-linked heat without the addition of a thermal cure initiator (thermal initiator) or a photo-initiator (Photoinitiator) and has the advantages of UV curing is possible.

무기고분자 전구체를 이용한 세라믹 유체 패턴 및 구조물 형성에 있어서 가교속도의 제어는 전체 유체 패턴형성에 영향을 주게 되므로, 가교공정은 전체 공정에 있어서 매우 중요하다. In the ceramic structure formed by the fluid pattern and the inorganic polymer precursor is controlled in the cross-linking rate of the fluid will affect the overall pattern formation, cross-linking step is critical to the overall process. 종래의 가교공정은 신속한 UV 경화를 위하여 광경화개시제를 첨가하여 경화속도를 향상시켜왔다. Conventional cross-linking process has been to improve the curing rate by adding a photo-initiator for fast UV cure. 하지만, UV 경화된 패턴의 경우, 열적, 화학적, 기계적 강도가 약한 단점을 지니고 있다. However, in the case of UV cured pattern, thermal, chemical, and mechanical strength it has the disadvantage weak. 따라서 본 발명에서는 무기고분자 전구체의 경화를 위하여 장파장을 사용한 UV 가교 및 열가교를 통한 2단계의 경화방법을 사용하였다. Thus the present invention was used as a curing method of the step 2 through the UV cross-linking and thermal cross-linking using a long wavelength for the curing of an inorganic polymer precursor. 즉, 무기고분자 전구체 용액에 광가교 개시제 및 열경화 개시제 를 동시에 혼합하여 소프트 리소그래피에 의하여 UV경화에 의한 패턴을 형성한 후 열경화를 통하여 열적, 화학적 안정성을 지닌 세라믹패턴을 형성할 수 있다. That is, it is possible to form a ceramic pattern having a thermal and chemical stability was a mixture of photo-crosslinking initiator and a thermosetting initiator in an inorganic polymer precursor solution at the same time, forming a pattern of a UV cured by soft lithography through a thermosetting.

UV경화를 위한 조사영역은 광경화 개시제의 자외선/가시광선 흡수 피크를 참조하여 결정한다. The radiation area for the UV cure is determined with reference to a UV / visible light absorption band of the photo-initiator. 표 2는 Ciba Specialty Chemicals에서 생산하고 있는 대표적인 광경화 개시제의 화학성분 및 최대흡수피크를 보여준다. Table 2 shows the chemical components and the maximum absorption peak of an exemplary photo-initiator, which produces from Ciba Specialty Chemicals. 한편, 열경화를 위한 온도는 무기고분자의 전구체에 열경화 개시제를 혼합할 경우의 유리전이온도 (Glass transition temperature; Tg)를 참고하여 Tg 온도 이상으로 설정한다. On the other hand, the temperature for the thermal curing has a glass transition temperature in case of mixing the thermosetting initiator of the inorganic polymer precursor; refer to (Glass transition temperature Tg) will be set equal to or more than Tg temperature. 상승속도는 1-5 o C/min 정도로 천천히 상승시키며, 설정온도에서 1-3 시간정도를 유지한다. Rise rate is slowly raised so sikimyeo 1-5 o C / min, and maintaining the 1-3 hour at the set temperature.

표 2. 광경화 개시제 Table 2. The photo-initiator

세라믹 미세유체 소자는 노광공정을 이용하여 기판위에 마스터를 만든 후, PDMS 몰드로부터 형성한 후 경화된 무기고분자 전구체 채널을 형성하는 일련의 소프트 리소그래피 방법을 이용하여 만들 수 있다. Ceramic microfluidic device can be created, create a master on a substrate by using the exposure process, by using a set of soft-lithography method to form a channel and then the cured inorganic polymer precursor formed from a PDMS mold. 기판은 용도에 따라 실리콘 혹은 유리 등을 사용하되 세라믹으로 전이하기 위한 열처리 온도에서 안정하다면 어떤 재료를 사용하여도 관계없다. The substrate according to the application, but use of such as silicon or glass not relevant to use any material, if stabilized at a heat treatment temperature for the transition of a ceramic. 노광공정은 광원으로서 주로 UV (파장 250~850 nm중 선택), 전자빔, 레이저빔 또는 이온빔을 사용하여, 1 내지 100 mJ/cm 2 의 노광에너지로 수행되는 것이 바람직하다. The exposure process is preferably mostly UV (selection of wavelengths 250 ~ 850 nm) as a light source, an electron beam, using a laser beam or an ion beam, carried out by an exposure energy of from 1 to 100 mJ / cm 2. 이러한 본 발명에서 활용한 무기고분자형 네가티브 포토레지스트의 작용 기전은 자외선 빛을 받게 되면 가교반응을 일으켜 불용화 되기 때문에 후속현상 공정에서 제거되지 않고 패턴이나 구조물로서 존재하게 된다. The mechanism of action of the inorganic polymer type negative photoresist used in the present invention is not removed in a subsequent development step, since insoluble undergoes crosslinking when subjected to ultraviolet light present in the form of a pattern or structure. 반면, 비노광 부위의 경우 상기 가교반응이 일어나지 않기 때문에 후속 현상공정에서 용해 제거됨으로서 마스크 상을 음화상으로 남길 수 있는 것이다. On the other hand, in the case of the non-exposed portion is dissolved to leave due to a phase mask by being removed in a subsequent development step are the cross-linking reaction does not occur as a negative image. 유리나 실리콘 웨이퍼 위에 전사된 채널이 봉합되어 있을 경우 미세유체로서의 응용성이 증가할 수 있다. If there is a transfer channel on a glass or silicon wafer is sealed it may have applicability as a fine fluid increases. 봉합은 무기고분자전구체를 이용하는 방법, 플라즈마처리, 유기고분자를 이용하는 방법 등이 있다. Suture and a method using an inorganic polymer precursor, a method of using a plasma treatment, an organic polymer. 접착력을 증가시키기 위하여 열경화나 UV경화를 위한 첨가제를 넣어주기도 한다. In order to increase the adhesion to jugido put additives for UV curing yeolgyeong upset. 이때, 채널 및 패턴이 지니고 있는 거칠기는 봉합효과에 영향을 주게 된다. At this time, the roughness of which has a channel and a pattern is influenced to sealing effect.

친수성 고분자 패턴을 형성하기 위하여 노광공정을 통하여 실리콘 마스터 표면위에 양각의 나노유체 패턴주형을 형성시킨 후, 이후에 형성될 미세유체 패턴의 탈착을 용이하게 하기 위하여 이형제로써 퍼플루오로옥틸트리클로로실란(1H,1H,2H,2H-perfluorooctyl-tri-chlorosilane를 100mmHg의 감압상태에서 실리콘 마스터의 주형위로 증착되도록 한다. 이형제로 표면처리를 한 주형위에 친수성 고분자를 스핀 코팅한 후, 유기 용매는 감압상태를 유지하며 친수성 화합물에 잔존 하는 유기용매를 제거한다. 유무기 복합 친수성 고분자의 나노채널을 형성하기 위하여 준비되어진 주형 위에 도포된 친수성 고분자는 상당량의 유기용매가 제거되어 겔 상태로 존재하며, 이 주형을 고분자 지지체와 경화제의 혼합된 액체를 부어준다. 이때 친수성 화합물과 고분자 지지체간 After forming the embossed nanofluids pattern mold onto a silicon master surface by the exposure process to form a hydrophilic polymer pattern, a silane with octyl-trichloro perfluoro as a release agent to facilitate removal of the microfluidic pattern to be formed after the ( 1H, such that deposition over a mold of the silicone master 1H, 2H, 2H-perfluorooctyl-tri-chlorosilane at the reduced pressure of 100mmHg. after spin coating, the hydrophilic polymer the release agent surface treatment on a mold, the organic solvent is a reduced pressure maintaining, and removing the organic solvent remaining in the hydrophilic compound. the hydrophilic polymer coating on the template been prepared to form a nano channel of the organic-inorganic hybrid hydrophilic polymer is a considerable amount of organic solvent is removed and present in the gel, the mold It gives pour the mixed liquid of the polymer support and the curing agent. the hydrophilic compound and the polymer support interbody 에는 매우 큰 극성 차이로 인하여 상호간에 벌크혼합이 형성되지 않아 계면이 형성되지만, 미시적인 관점에서는 계면 분자간의 결합력이 형성되며 고분자 지지체가 경화되는 과정에서 두 상간에 결합력이 형성된다. 경화 공정을 통하여 친수성 고분자와 지지체간의 접합으로 친수성 고분자에 미세패턴이 형성되며, 친수성 고분자의 경도를 증가하기 위하여 2차 경화시키면 친수성 고분자를 구성하는 분자간에 가교결합이 형성되며 강도가 증가하게 된다. Has not been bulk mix formed with each other due to the very large polarity difference, but the surface is formed, in the microscopic point of view is the interface intermolecular bonding force is formed is formed in the bonding force to the two phase to phase in the process of the polymer scaffold curing. Through the curing process and a fine pattern formed on a hydrophilic polymer in the bonding between the hydrophilic polymer and the support, when the secondary curing in order to increase the hardness of the hydrophilic polymer is cross-linked to molecules formed constituting the hydrophilic polymer is increased in strength.

이하 본 발명을 실시예에 의하여 상세히 설명한다. It will be described in detail below by the present invention in embodiments. 단 실시예는 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명이 하기 실시예에 의하여 한정하는 것은 아니다. However embodiments are intended as not limited by the following Examples to which the present invention illustrating the invention.

실시예 1: 노광공정을 활용한 마스터 및 몰드 제작 Example 1: Production and master mold utilizing the exposure process

본 발명에서 무기고분자 전구체를 이용한 패턴형성을 위한 마스터를 얻기 위하여 시판되는 에폭시 계 광가교고분자인 SU-8-50(MicroChem, USA) 포지티브 포토레지스트를 실리콘 웨이퍼 위에 스핀 코팅한 후 95℃에서 90초간 가열한 후 포토마스크와 자외선 노광장비를 이용하여 20 mJ/㎠의 자외선을 1분 동안 노광시킨 후, 95℃에서 1시간 다시 가열 하였다. To obtain a master for pattern formation with an inorganic polymer precursor in the present invention is an epoxy-based photo-crosslinking polymer that is commercially available SU-8-50 (MicroChem, USA) in 95 ℃ 90 seconds after spin coating a positive photoresist on a silicon wafer after exposure for one minute with ultraviolet rays of 20 mJ / ㎠ using a photomask after heating and ultraviolet ray exposure device, and heated again for 1 hour at 95 ℃. 가열 완료 후 현상공정을 거쳐 자외선이 조사되지 않은 부분은 상기 물질을 현상액을 이용하여 제거함으로써 실리콘 기판위에 포토마 스크에 의해 각인된 패턴을 가지는 실리콘마스터를 얻었다. Portions which are not irradiated with ultraviolet light through a development step after the completion of heating is to obtain a silicon master having a pattern imprinted by a photo mask on a silicon substrate by removing by using a developing solution to the material.

이후 상기와 같이 완성된 실리콘 마스터의 패턴 위에 다우코닝의 PDMS(Polydimethylsiloxane)인 Sylgard 184(dimethylvinyl-terminated dimethyl siloxane, Dimethylvinylated and trimethyllated silica, Tetra-(trimethylsiloxy)silane 혼합물)에 가교제로(Dimethyl,methylhydrogensiloxane, dimethylvinyl-terminated dimethylsiloxane, Dimethylvinylated and trimethyllatedsilica의 동일 중량비로 혼합한 혼합물)를 질량비 10:1로 혼합하여 부은 후 60 o C에서 5시간 가교한 후, 실리콘 마스터로부터 탈착하여 하여 마스터의 패턴이 전사된 PDMS 몰드를 제작하였다. Since PDMS (Polydimethylsiloxane) Dow Corning over the pattern of the silicon master, such as the completion of a cross-linking agent Sylgard 184 in (-dimethylvinyl terminated dimethyl siloxane, and Dimethylvinylated trimethyllated silica, Tetra- (trimethylsiloxy) silane mixture) (Dimethyl, methylhydrogensiloxane, dimethylvinyl -terminated dimethylsiloxane, Dimethylvinylated and mixed in the same weight ratio mixture of trimethyllatedsilica) a mass ratio of 10: 1 was mixed with the cross-linked for 5 hours at 60 o C was poured, to desorbed from the silicon master, the PDMS mold the pattern of the master is transferred It was produced. 구체적인 공정의 개요는 도 4에서 보여주고 있다. Summary of the specific process are shown in Fig.

실시예 2 : 무기고분자 전구체의 자외선 및 열가교능 확인 Example 2: Preparation of UV cross-linked inorganic polymer precursor and heat capacity OK

SiCN 세라믹용 무기고분자(Ceraset, KiON Corp.)의 전구체로서 비닐기와 Si-H작용기를 가진 액상 무기고분자인 폴리실라잔(Polysilazane, KiON Corp., USA)를 세라믹 전구체 물질로 사용하고 액상고분자의 스핀코팅시 젖음성을 증가시키기 위하여 PGMEA(Propyleneglycol-monomethyletheracetate)를 이용하여 질량비가 Polysilazane : PGMEA를 10:1인 혼합액에 UV 및 열가교를 속도를 증가시키기 위하여 광가교 개시제로서는 Irgacure 500을 상기 무기고분자 전구체의 함량 대비 0.5 wt% 와 열가교 개시제인 DCP (Dicumyl peroxide)를 상기 무기고분자 전구체 함량 대비 0.5 wt% 첨가한 후 20 mJ/cm 2 의 조건에서 20 분 동안 조사하여 자외선가교를 수행한 한 후, 100 o C와 150 o C의 2단계로 열가교를 수행하였다. SiCN ceramic using an inorganic polymer of high molecular liquid inorganic polysilazane (Polysilazane, KiON Corp., USA) having a vinyl group and Si-H functional group as a precursor of (Ceraset, KiON Corp.) of a ceramic precursor material and the spin of the liquid polymer for in order to increase the coating when wetting the mass ratio using PGMEA (Propyleneglycol-monomethyletheracetate) Polysilazane: PGMEA to 10: 1, the mixture Irgacure 500 as photo-crosslinking initiator is a UV and thermal cross-linking in order to increase the speed of the inorganic polymer precursor content than 0.5 wt% and a thermal crosslinking initiator DCP (Dicumyl peroxide) to the weapon after the polymer is added over 0.5 wt% precursor content by irradiation for 20 minutes under the condition of 20 mJ / cm 2 to perform the UV cross-linked after, 100 o the thermal crosslinking was carried out in two steps of 150 o C and C. 이 후 다시 질소조건하에서 5 o C/min.의 속도로 온도를 올린 후, 300 o C에서 60 분을 유지한 후 마찬가지로 5 o C/min의 속도로 온도를 감소시켰다. This was then again reduced to 5 o C / min. The temperature at a rate of temperature then raised, as the mixture was kept for 60 minutes at 300 o C at a rate of 5 o C / min in a nitrogen condition. 또한, 동일 승온 및 감온 속도에서 400 o C에서 60분동안 열처리를 하여 SiCN세라믹용 무기고분자를 제조하고 경화 무기고분자의 투과율을 조사하였다. In addition, and at the same elevated temperature, and the temperature sensing speed, the heat treatment for 60 minutes at 400 o C for producing a SiCN ceramic inorganic polymer investigating the permeability of the cured inorganic polymer. 도 5에서 보여주는 바와 같이 300 nm이상의 파장 범위에서 95 % 이상의 높은 투과율을 보여준다. Also in the wavelength range of 300 nm or more as shown in the 5 it shows a high transmittance of 95% or more.

실시예 3 : 무기고분자의 임프린트 리소그래피 공정을 이용한 패턴제조 Example 3: producing a pattern using the imprint lithography process of the inorganic polymer

SiCN 세라믹 무기고분자 전구체인 폴리실라잔(KiON Corp., USA, 분자량: 270)을 이용하여 패턴을 제조하였다. SiCN ceramic inorganic polymer precursor of polysilazane (KiON Corp., USA, MW: 270) was prepared using a pattern. 상기 실시예 2와 동일함량의 열가교 개시제 (DCP)를 첨가한 무기고분자 전구체용액을 유리기판 표면에 코팅을 한 후 도 3(b)와 같은 임프린트 리소그래피 공정을 이용하여 패턴을 제조하였다. The second embodiment and the addition of thermal crosslinking initiator (DCP) having the same content of the inorganic polymer precursor solution was prepared in a pattern using an imprint lithography process, such as 3 (b) also after the coating on the surface of a glass substrate. 상기의 패턴의 제조는 먼저, 실시예 1에 기재된 것과 동일한 Sylgard 184와 가교제를 10:1로 혼합하여 PDMS몰드를 만들었으며, PDMS 상부에 상기 무기고분자 전구체를 코팅 또는 방울로 적하하여 올려놓아 패턴을 형성하였다. Preparation of the pattern first, subjected to the same Sylgard 184 and the cross-linking agent 10 to that described in Example 1 were made a PDMS mold was mixed with 1, by placing dropwise to the inorganic polymer precursor to PDMS top to coating or drop a pattern It was formed. 이후 PDMS몰드를 물리적으로 탈착하여 제거한 후, 100 o C에서 6시간동안 열가교를 수행하였다. Since after removal by physical desorption with a PDMS mold, it was carried out the heat crosslinking for 6 hours at 100 o C. 무기고분자 전구체를 이용한 미 세유체 패턴을 주사현미경 (SEM)을 이용하여 분석하였으며, 도 6은 무기고분자 패턴의 주사현미경의 사진을 보여준다. The fine-fluid pattern using an inorganic polymer precursor was analyzed using a scanning electron microscope (SEM), Fig. 6 shows a photo of scanning electron microscope of an inorganic polymer patterns.

실시예 4 : 무기고분자를 이용한 미세유체용 채널제조 Example 4: Preparation for microfluidic channel using an inorganic polymer

상기 실시예 2 및 3과 같이 무기고분자 전구체 용액을 준비한 후 실리콘 웨이퍼 기판위에 고르게 펼친 후, PDMS 몰드를 이용 임프린트 리소그래피 공정으로 미세유체용 채널을 제조하였다. Example 2 and then prepare the inorganic polymer precursor solution, such as 3, expand uniformly on a silicon wafer substrate, for the microfluidic channel by an imprint lithography process using the PDMS mold was prepared. 20 mJ/cm 2 의 세기를 지닌 자외선을 10 분 동안 조사하여 무기고분자 채널을 형성한 후, PDMS 몰드를 제거하였다. Ultraviolet light having an intensity of 20 mJ / cm 2 was removed after the irradiation to form the inorganic polymer channel for 10 minutes, PDMS mold. 무기고분자 채널을 100 o C와 150 o C로 상승시키면서 열가교를 수행하였다. While an inorganic polymer channel increased to 100 o C and 150 o C was carried out for thermal crosslinking. 제조한 채널의 총 길이는 45 mm, 채널의 폭은 50 ㎛, 두께는 20 ㎛이었다. The total length of the production channel is 45 mm, the width of the channel 50 ㎛, and the thickness is 20 ㎛. 도 7은 설계된 채널의 형태와 제조된 미세유체용 채널의 주사현미경 분석결과를 보여준다. Figure 7 shows the scanning electron microscope analysis of the channel for a microstructure is manufactured and designed in the form of fluid channels.

실시예 5 : 자외선 조사에 의한 채널 및 봉합을 동시에 수행하여 미세유체 채널제조 Example 5: Preparation microfluidic channel to perform channel and sealed by ultraviolet ray irradiation at the same time

포토레지스트, 무기고분자 등을 포함한 광감광성 고분자는 광가교 개시제를 첨가하여 광반응성을 높일 수 있다. Light sensitive polymer including a photoresist, an inorganic polymer or the like can be enhanced by the addition of photo-crosslinking the photoreactive initiator. 이를 이용하여 노광공정을 거쳐 채널형성 및 봉합을 동시에 수행할 수 있다. By using them after the exposure process can be performed to the channel forming and sealing at the same time. 상기 실시예 2의 SiCN 무기고분자 전구체 0.4 g에 광가교제로 Igaucre 500을 2 mg 넣은 후 유리기판위에 코팅한 후 미리 위치에 맞게 구멍을 뚫은 커버기판을 밀착을 시킨 다. The second embodiment of the SiCN arms was coated on a glass substrate was placed with Igaucre 2 500 mg of a light cross-linking agent to the polymer precursor that is 0.4 g to close the cover substrate a hole according to the position in advance. 이때 액체상태의 무기고분자가 접착제 역 할을 수행함과 동시에 일정한 두께를 차지하고 있으며, 커버기판위에 포토 마스크를 밀착시킨 후 자외선을 조사하였다. At this time, and the inorganic polymer in the liquid state occupies a constant thickness at the same time that the adhesive can reverse, was irradiated with ultraviolet rays was adhered a photomask on the cover substrate. UV 조사이후 95 o C에서 후가열하고 난 후, 에탄올로 가교되지 않은 무기고분자를 제거함으로써 두 기판 사이에 채널을 형성하였다. After the post-heating in the UV irradiation after 95 o C, by removing the inorganic polymer is not crosslinked with ethanol to form a channel between the two substrates.

실시예 6: 고분자 지지체를 가진 친수성 나노채널의 제조 Example 6: Preparation of hydrophilic nanochannels with a polymer support

실시예 1에서 명시한 대로 노광공정을 통하여 준비되어진 실리콘 마스터 패턴을 진공 데시케이터에 위치시키고, 내부의 소형 접시에 이형제로써 퍼플루오로옥틸트리클로로실란(1H,1H,2H,2H-perfluorooctyl-tri-chlorosilane)을 2-3방울 적하한 후, 100mmHg의 감압상태를 유지시킨 후 4시간 동안 실리콘 마스터의 주형위로 증착되도록 한다. The silicon master patterns been prepared through the exposure process as set forth in Example 1 was placed in a vacuum desiccator, as a release agent to the small plate within the silane to perfluorooctyl-trichloro (1H, 1H, 2H, 2H-perfluorooctyl-tri -chlorosilane) was dropped to 2-3 drops, then maintaining the reduced pressure of 100mmHg for 4 hours so that deposited over the silicon master mold. 본 실시예에 사용된 친수성 고분자는 기 출원된 특허번호 10-2005-0123594에 명시된 실시예 2의 방법으로 에탄올, TEOS(Tetraethylorthosilicate), 플루로닉 P123(Pluronic P123)(에틸렌/프로필렌옥시드 블록공중합체), Titanium Chloride(TiCl 4 ), Tiron (4,5-dihydroxyl-m-benzenedisulfonic acid, disodium salt)로 합성한 액상화합물이다. The hydrophilic polymer used in this example is a group-pending patent number by the method of Example 2, as specified in 10-2005-0123594 Ethanol, TEOS (Tetraethylorthosilicate), Pluronic P123 (Pluronic P123) (ethylene / propylene oxide block copolymer copolymer), and a liquid compound synthesized in Titanium Chloride (TiCl 4), Tiron (4,5-dihydroxyl-m-benzenedisulfonic acid, disodium salt). 이를 적용하여 미세채널을 구현하고자 도 8에 나타낸 바와 같이 합성된 친수성 고분자를 스핀 코팅기를 사용하여 5㎛ 두께로 마스터 위에 코팅한 후 지지체 역할을 수행할 실시예 1과 동일한 PDMS 용액을 제조할 때 가교제의 중량비가 5:1이 되도록 혼합하여 액체상태로 마스터 표면에서 액면까지 6 내지 8 mm가 되도록 부어준다. By applying them as a cross-linking agent to produce the same exemplary PDMS solution as in Example 1 to perform by using a spin coater, a synthetic hydrophilic polymer, coated on a master role 5㎛ thickness after the support as shown in Fig. 8 to implement the microchannel the weight ratio of 5: gives swollen such that 6 to 8 mm from the liquid surface on the master surface in the liquid state are mixed so that the first. 이후 진공 데 시케이터를 사용하여 10 분간 100mmHg의 감압상태를 유지하면서 PDMS가 실리콘 마스터에 코팅된 친수성 고분자와 계면을 형성하여 완전히 밀착하도록 방치한 후 50℃를 유지시킨 항온장치에서 12 시간동안 방치하여 경화시킨다. Since in the constant temperature device in which PDMS maintains the 50 ℃ was allowed to stand to completely pressed to form a hydrophilic polymer and surfactant coated on a silicon master, while maintaining a reduced pressure state for 10 minutes 100mmHg using during locator to vacuum left standing for 12 hours to cure. PDMS의 경화가 완전히 끝나면 항온장치에서 페트리 디쉬를 꺼내어 실온까지 냉각한 후, 실리콘 웨이퍼 마스터로부터 친수성 고분자층과 PDMS를 물리적인 힘을 가하여 탈착시킨다. After curing of the PDMS completely taken out of the petri dish in a constant-temperature device was cooled to room temperature and desorbed by applying a physical force the hydrophilic polymer layer from the silicon wafer and the PDMS master.

친수성 고분자와 PDMS간의 접합이 액체-액체상태에서 형성되었으므로 친수성 고분자에 미세패턴이 음각으로 성형되어 PDMS의 표면위에 친수성 고분자가 복합재 형태로 고정되어 탈착되어진다. The bonding between the hydrophilic polymer and the liquid PDMS-been formed in a liquid state is formed into a fine pattern engraved on the hydrophilic polymer is a hydrophilic polymer is desorbed on the surface of the PDMS is fixed to the composite form. 친수성 고분자는 물리적으로 건조된 상태이며 PDMS와 유사한 강도와 탄성을 보유하고 있으므로 강도를 증가시키기 위한 2차 경화가 필요하다. Hydrophilic polymer is needed for a post-cure the dried physically increasing the strength it has a similar strength and elasticity and PDMS. 친수성 고분자를 100 ℃에서 5 시간 동안 경화시키면 친수성 고분자를 구성하는 분자간에 가교결합이 형성되며 강도가 증가하게 된다. When cured for 5 hours at 100 ℃ a hydrophilic polymer formed a cross-linked to molecules constituting the hydrophilic polymer, and thereby increase the strength. 친수성의 미세채널 전사 상태를 확인하기 위하여 제조되어진 미세채널의 단면을 측정한 결과 본래 마스터의 높이인 1.4 ㎛의 깊이를 갖는 미세채널이 형성되었고 이를 도 9에 나타내었다. The microchannel has a depth of 1.4 ㎛ height of the measurement of the cross section of the microchannel been produced result original master was formed to ensure the transfer state of the hydrophilic fine channel shown in this FIG. 이외에도 나노채널을 형성하기 위하여 PGMEA(propylene glycol monomethyl ether acetate)으로 중량비율 20%로 희석한 SU-8-50을 사용하여 400 nm의 높이를 갖는 실리콘 웨이퍼 마스터를 제작하여 나노채널을 제작하였다. In addition to the nano channel was produced by making a silicon wafer, a master having a height of 400 nm by using a SU-8-50 was diluted to 20% weight ratio PGMEA (propylene glycol monomethyl ether acetate) so as to form a nano channel.

실시예 7: 친수성 미세유체 장치의 제작 Example 7: Preparation of hydrophilic microfluidic device

실시예 6에서 묘사한대로 제작된 친수성 고분자 미세채널을 미세유체소자 장치로 제작하기 위하여 가로, 세로, 두께가 각각 75 mm, 25 mm, 1 mm인 유리판에 직 경 1 mm의 유체를 투입하기 위한 구멍을 가공한 유리판과 친수성 고분자 표면을 플라즈마로 개질하여 라디칼을 형성시킨 후 밀착하여 60℃에서 5시간 동안 방치하여 접합시킨 후 닫힌 미세채널을 제작하였다. Example 6 to produce the hydrophilic polymer microchannel fabrication As depicted in a microfluidic device unit horizontal, to vertical hole for introducing the fluid of diameter 1 mm on a glass plate having a thickness of respectively 75 mm, 25 mm, 1 mm after the formation of radicals by modifying the processing a glass plate and the hydrophilic polymer surface to a plasma after close contact is allowed to stand at 60 ℃ for 5 hours to prepare a bonded closed microchannel. 제작된 미세유체 장치의 성능을 검증하기 위하여 1.4 ㎛의 깊이를 가진 미세채널 유체장치에 부착된 시료 주입 틀에 수용성 염료를 물에 희석하여 방울이 형성될 정도도 적하하였다. In order to verify the performance of the microfluidic device drops by diluting a water-soluble dye to the sample injection mold attached to the microchannel a fluid device with a depth of 1.4 ㎛ in water was also added dropwise enough to be formed.

비교군 실험을 수행하기 위하여 동일한 마스터로 제작된 PDMS만으로 제작된 미세채널 유체장치와 동일한 조건으로 실험을 수행한 결과, 소수성 고분자인 PDMS로 제작된 미세유체장치에서는 수용액과 표면과의 낮은 접착력으로 인하여 볼록한 형태의 매니스커스(meniscus)가 형성되며 모세관 현상에 의한 자발적인 수용액의 흐름이 불가능하였다. Control group to carry out the experiment results of the experiment in the same conditions as the microchannel fluid device manufactured with only the PDMS produced in the same master to, a microfluidic device made of a hydrophobic polymer PDMS in due to low adhesion between the aqueous solution and the surface forming a convex meniscus (meniscus) of the form, and was not a spontaneous flow of the aqueous solution by the capillary phenomenon. 그러나, 친수성 고분자로 제작된 미세유체장치에서는 수용액과 친수성 고분자의 높은 접착력으로 인하여 모세관 현상에 의한 자발적인 유체의 흐름이 발생하였으며 연결된 채널 전체로 균일하게 액체의 흐름현상이 관측되었음을 도 10에 나타내었다. However, in the microfluidic device made of a hydrophilic polymer due to the high adhesive strength of the aqueous solution and the hydrophilic polymer it is shown in Figure 10 that the observed flow phenomenon was the flow of spontaneous fluid generating fluid uniformly to the whole connected channel by capillary action. 이상과 같이 묘사된 방법을 통하여 기존에 수 ㎝에서 수십 ㎝ 길이의 모세관을 사용하여 장치를 구성하였던 전기영동 장치를 가로 75 mm, 세로 25 mm, 높이 10 mm의 크기로서 제작할 수 있었다. It was by the methods described as above to produce the electrophoretic device who configure the device by using the capillary of tens ㎝ length can ㎝ existing as the size of the horizontal 75 mm, vertical 25 mm, height 10 mm.

실시예 8: 친수성-소수성 복합 채널을 가진 미세유체 장치의 제작 Example 8: Hydrophilic - Production of the microfluidic device with a hydrophobic composite channel

실시예 6에서 기재된 마스터위에 형성된 주형중의 일부분에 도 11에 보인바와 같이 친수성 고분자가 도포되지 않도록 마스킹 테이프를 덮어준 후 친수성 고분자를 스핀코팅 장치를 사용하여 도포한다. Example 6 gave after the masking tape so that the hydrophilic polymer is not applied as shown in Figure 11 a portion of the mold formed on the master described in the cover is coated with a hydrophilic polymer using a spin coating apparatus. 이후에 마스킹 테이프를 제거한 후 실시예 6 에 기재된 방법과 동일하게 PDMS 용액을 주입하고 50℃ 항온기에서 12시간 동안 경화를 시킨 후 탈착하여 100℃에서 5시간동안 2차 경화공정을 수행하여 미세채널을 제작 한다. After injection the same PDMS solution to the method described in the later embodiment 6 to remove the masking tape on and removable after curing for 12 hours at 50 ℃ thermostat by performing a second curing step for at 100 ℃ 5 hours to a microchannel The productions. 이와 같이 친수성 고분자가 도포되었던 부분들은 친수성 채널을 형성하고, 도포되지 않았던 부분들은 소수성 고분자인 PDMS가 미세채널을 형성하게 되며, 연속된 채널에서 친수성/소수성을 갖도록 할수 있다. Thus the part which was a hydrophilic polymer coating are parts that were not form a hydrophilic channel, and the coating can be a hydrophobic polymer to form a PDMS microchannel, one can have a hydrophilic / hydrophobic in a series of channels. 최종 미세유체 소자를 제작하기 위하여 실시예 7에 묘사한 대로 구멍이 뚫린 유리판을 접합하여 닫힌 미세유체 소자를 제작하였다. The microfluidic device is closed by bonding a glass plate is perforated as described in Example 7 to produce a final microfluidic device was produced. 이를 통하여 극성-비극성 용액간의 불연속적인 흐름을 유도하거나, 소수성 단백질 등의 고정화 등을 수행할 수 있다. Polarity through which induced a discontinuous flow between a non-polar solution, or may perform the immobilization such as hydrophobic protein.

실시예 9 : 스테레오리소그래피 공정에 있어서 이광자흡수법에 의한 세라믹 구조물 형성 Example 9: forming the ceramic structure by the two-photon absorption in a stereo lithographic process

상기 실시예 2 에서 사용한 0.5g의 폴리실라잔 고분자에 촉매인 사이클로펜타디에닐메틸 트리메틸플래티늄 액상고분자 대비 0.05 wt% 사용하였으며, 유기용매인 테트라하이드로퓨란 1g에 균일하게 혼합한 후 포토레지스트 혼합 조성물을 투명한 석영위에 떨어뜨린 후 용매를 진공 휘발 제거하였다. Was used Example 2 0.05 wt% compared to the polysilazane of methyl cyclopentadienyl trimethyl platinum catalyst in the liquid polymer used in the polymer of 0.5g, the organic solvent is tetraethylene were uniformly mixed in tetrahydrofuran 1g photoresist composition mixed after the solvent is dropped on a transparent quartz vacuum to remove volatiles. 그리고, 포토레지스트 혼합조성물을 광펨토레이져 노광장비 (가변범위 750 내지 850 nm)를 이용하여 노광 가교처리하였다. Then, the photoresist mixed composition by using the optical femto laser exposure device (the variation range of 750 to 850 nm) exposure was treated with cross-linking. 이때 장파장의 두 광자를 흡수하여 광중합을 일으키는 노광 영역은 3차원 공간내에서 선택 조절이 가능하다. At this time, the exposed areas, causing the photo-polymerization by the two-photon absorption of the long wavelength is the selected control is possible in the three-dimensional space. 따라서 노광영역을 2차원 혹은 3차원적으로 연속 노광 가교시킴으로서 나노 크기의 정밀도를 가진 2차원 혹은 3차원 구조물 제조가 가능하다. Therefore, it is possible that the exposed areas two-dimensionally or three-dimensionally in a two-dimensional or three-dimensional structure manufactured with the accuracy of nano-scale sikimeuroseo continuous exposure crosslinked. 에탄올의 현상공정을 거친 후 질소조건에서 600 o C로 열처리하여 세라믹 패턴을 형성하였다. After the developing process of ethanol to form a ceramic pattern to heat treatment at 600 o C under a nitrogen condition. 도 12는 2차원 노광공정을 활용하여 이광자흡수법에 의한 세라믹 유체 패턴및 구조물 형성의 실시예 중에서 230 nm의 선을 보여준다. Figure 12 is an exposure process by utilizing the two-dimensional displays of the 230 nm line from an embodiment of the ceramic structure formed by the fluid pattern and the two-photon absorption.

이상에서 살펴본 바와 같이, 저가의 노광 공정, 마이크로 트랜스퍼 몰딩, 임프린트 리소그래피, 스테레오리소그래피 공정을 무기고분자에 적용하여 열가교 후공정을 거치면 내유기용매 투과성이 우수한 고분자 미세유체 패턴 및 구조물을 제조한다. As described above, the manufacturing cost of the exposure process, micro-transfer molding, imprint lithography, a stereo lithographic process is applied to the inorganic polymeric geochimyeon a step after heat cross-linking an organic solvent permeability is excellent polymer microfluidic patterns and structures. 또한 추가로 고온 열분해 공정을 거쳐 고온 안정성과 마찰, 마모 특성이 우수한 세라믹 미세 유체 패턴 및 구조물은 물론 3차원 미세구조물 등도 제조가 가능하다. In addition, through the high temperature thermal cracking process further high temperature stability, and friction and wear characteristics are excellent ceramic microfluidic patterns and formations, as well as it is possible to produce also a three-dimensional microstructures. 그리고 내화학성, 높은 광투과성을 가진 친수성 유무기 고분자를 활용하여 수용성 유체의 흐름특성이 월등한 우수한 나노유체 장치의 제작하였다. And chemical resistance, and the production of superior nanofluidic device a hydrophilic organic-inorganic flow characteristics of the water-soluble fluid by using a polymer having a superior high light transmittance.

Claims (13)

  1. (a) 무기고분자 전구체를 나노/미세패턴이 형성된 기판상에 코팅하는 단계; Comprising the steps of: (a) coating an inorganic polymer precursor on the nano / micro-pattern formed substrate;
    (b) 상기 코팅단계 후 (B) after the coating step 열가교와 광가교에서 선택되는 어느 하나 이상의 방법을 통하여 가교하는 단계; The step of cross-linking through one or more methods selected from heat and light cross-linking cross-linking;
    (c) 상기 기판과 무기고분자 가교체를 분리하여 패턴이 무기고분자 가교체로 전사하는 단계; (C) the pattern is transferred body inorganic polymer crosslinked by separating the substrate and the inorganic crosslinked polymer;
    를 포함하는 무기고분자 전구체를 이용한 유체 패턴구조물의 제조방법. Method of producing a fluid pattern structure using an inorganic polymer precursor containing.
  2. 제 1항에 있어서, According to claim 1,
    상기 무기고분자 가교체를 불활성 기체하에서 600℃ 내지 1200℃ 열분해시키는 것을 특징으로 하는 무기고분자 전구체를 이용한 유체 패턴구조물의 제조방법. Method of producing a fluid pattern structure using an inorganic polymer precursor to the inorganic polymer crosslinked form characterized by the thermal decomposition 600 ℃ to 1200 ℃ under an inert gas.
  3. 제1항에 있어서, According to claim 1,
    상기 b)단계에서 열가교는 1-5 o C/min로 승온하여 유리전이 온도에서 1-3시간 유지시켜 가교하는 것을 특징으로 하는 무기고분자 전구체를 이용한 유체 패턴구조물의 제조방법. Wherein b) heat cross-linking step in the method of producing a fluid pattern structure using an inorganic polymer precursor, characterized in that the cross-linking to maintain 1-3 hours at a glass transition temperature, and the temperature was then increased to 1-5 o C / min.
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  13. 제 1항 내지 제 3항의 Any one of claims 1 to 3 above 어느 한 항의 방법에 의해 제조되는 나노유체 패턴 구조물을 구비하는 소자. Element having a nano-fluid pattern structure is produced by any one of methods.
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