KR101223039B1 - Method of fabricating fine membrane filter - Google Patents

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Abstract

본 발명은 미세 필터의 제조 방법을 제공한다. 이 방법은 제 1 폭의 돌출부를 가지는 몰드를 형성하는 단계; 기판의 일면 상에 필터막을 형성하는 단계; 상기 필터막 상에 레지스트막을 코팅하는 단계; 상기 돌출부가 상기 레지스트막을 통해 상기 필터막과 닿도록 상기 몰드로 찍어 상기 레지스트막에 제 1 개구부를 형성하는 단계; 상기 레지스트막을 식각마스크로 이용하여 상기 필터막을 식각하여 상기 기판을 노출시키는 제 2 개구부를 형성하는 단계; 상기 레지스트막을 제거하는 단계; 및 상기 일면과 반대되는 면 쪽의 상기 기판의 일부를 제거하여 상기 필터막의 상기 개구부를 노출시키는 단계를 포함한다. 이 방법으로 리소그래피 공정으로 구현가능한 선폭보다 좁은 폭의 개구부를 가지는 미세한 필터를 재현성있게 경제적으로 제조할 수 있다. The present invention provides a method for producing a fine filter. The method includes forming a mold having protrusions of a first width; Forming a filter film on one surface of the substrate; Coating a resist film on the filter film; Forming a first opening in the resist film by stamping the mold with the protrusion to contact the filter film through the resist film; Forming a second opening to expose the substrate by etching the filter film using the resist film as an etching mask; Removing the resist film; And removing a portion of the substrate on a surface opposite to the one surface to expose the opening of the filter membrane. In this way, it is possible to reproducibly and economically produce a fine filter having an opening narrower than the line width which can be realized by the lithography process.

바이오 분자 필터, 나노 구조, 나노임프린팅, 실리콘, 미세분석시스템 Biomolecular Filter, Nanostructure, Nanoimprinting, Silicon, Microanalysis System

Description

미세 필터의 제조 방법{Method of fabricating fine membrane filter}Method of fabricating fine membrane filter

본 발명은 나노 분자 크기의 미세한 필터의 제조 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for producing a fine filter of nanomolecular size.

본 발명은 지식경제부 및 정보통신연구진흥원의 IT원천기술개발 사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호: 2006-S-007-03, 과제명: 유비쿼터스 건강관리용 모듈 시스템]The present invention is derived from a study conducted as part of the IT source technology development project of the Ministry of Knowledge Economy and the Ministry of Information and Communication Research and Development. [Task management number: 2006-S-007-03, Task name: Ubiquitous health care module system]

바이오 미세 전기기계 소자(Bio-MEMS) 분야에서 일반적인 질병의 조기 진단 및 화학 분석을 작은 칩 상에서 구현하기 위해서는 샘플 전처리가 필요하다. 이를 위해 혈구 필터 및 거대 분자 단백질 필터 등의 다양한 필터링 기술이 요구된다. Sample pretreatment is needed to implement early diagnosis and chemical analysis on small chips that are common in the field of bio-microelectromechanical devices (BIO-MEMS). To this end, various filtering techniques such as blood cell filters and macromolecular protein filters are required.

랩온어칩에서 가장 중요한 구성요소 중에 하나인 전처리용 단백질 미세 필터는 주로 미세 구조체를 사이에 두고 구멍 크기에 의한 입자 구별 방법 등으로 구현된다. 예를 들면, 미세 구조체를 포함하는 멤브레인을 통과하면서 기공(pore) 보다 작은 분자는 통과하고 큰 분자는 통과하지 못하는 고전적인 단순 분리 방법(Bioseparation), 미세 구조체에 원하는 분자 만을 선택적으로 잡아주기 위한 생화학적 친화 물질을 사용하는 친화 방법 (Affinity chromatography) 등으로 구현될 수 있다. 이러한 미세 유체제어 단백질 필터들은 정확하고 세밀한 단백질 필터링을 포함하는 유체제어가 필요한 Liquid chromatography, 단백질기반 진단칩, DNA기반 진단칩, 약물전달시스템(drug delivery system), 미세 생물/화학 분석기(micro total analysis system), 생물/화학 반응기(micro reactor)를 포함하는 랩온어칩에 다양하게 적용되고 있다. One of the most important components of Lab-on-a-Chip, protein microfilter for pretreatment is mainly implemented by the method of distinguishing particles by pore size with microstructures in between. For example, a classic simple separation method that allows molecules smaller than pores to pass through a membrane containing microstructures but not large molecules, biochemistry to selectively trap only the desired molecules in the microstructures. It may be implemented by an affinity chromatography using a red affinity material. These microfluidic control protein filters include liquid chromatography, protein-based diagnostic chips, DNA-based diagnostic chips, drug delivery systems, and microbiological analysis that require fluid control including accurate and precise protein filtering. It has been applied to a variety of lab-on-a-chip including system) and micro / reactor.

단순 멤브레인을 통과시키는 방법은 대부분 구동체가 없고, 부가적인 전원공급도 없는 장점이 있어, 일회용으로 아주 널리 사용되고 있다. 하지만, 기공 사이즈가 일정하지 않아서, 분자 수준의 필터링에서는 정확한 크기별 분리가 어렵고, 역시 재현성이 떨어지는 한계가 있다. 또한 필터의 두께를 얇게 제어하는 것이 어렵고 일반적으로 두꺼워서, 샘플이 필터를 통과하는데 시간이 많이 요구되는 단점이 있다. Most of the simple membrane-passing methods have the advantage of no driver and no additional power supply. However, because the pore size is not constant, it is difficult to separate by size precisely in the molecular level filtering, and also there is a limit of poor reproducibility. In addition, it is difficult and generally thick to control the thickness of the filter, which requires a long time for the sample to pass through the filter.

본 발명의 기술적 과제는 포토리소그래피 공정이나 전자빔 리소그래피 공정으로 구현가능한 선폭 보다 작은 나노 단위 수준의 폭의 개구부를 가지는 미세 멤브레인 필터를 제조하는 방법을 제공하는데 있다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in an effort to provide a method of manufacturing a fine membrane filter having an opening having a width of a nano unit smaller than a line width that can be realized by a photolithography process or an electron beam lithography process.

상기 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 미세 필터의 제조 방법은, 제 1 폭의 돌출부를 가지는 몰드를 형성하는 단계; 기판의 일면 상에 필터막을 형성하는 단계; 상기 필터막 상에 레지스트막을 코팅하는 단계; 상기 돌출부가 상기 레지스트막을 통해 상기 필터막과 닿도록 상기 몰드를 찍어 상기 레지스트막에 제 1 개구부를 형성하는 단계; 상기 레지스트막을 식각마스크로 이용하여 상기 필터막을 식각하여 상기 기판을 노출시키는 제 2 개구부를 형성하는 단계; 상기 레지스트막을 제거하는 단계; 및 상기 일면과 반대되는 면 쪽의 상기 기판의 일부를 제거하여 상기 필터막의 상기 개구부를 노출시키는 단계를 포함한다. Method for producing a fine filter according to the present invention for achieving the above object, forming a mold having a protrusion of the first width; Forming a filter film on one surface of the substrate; Coating a resist film on the filter film; Forming a first opening in the resist film by stamping the mold such that the protrusion contacts the filter film through the resist film; Forming a second opening to expose the substrate by etching the filter film using the resist film as an etching mask; Removing the resist film; And removing a portion of the substrate on a surface opposite to the one surface to expose the opening of the filter membrane.

상기 몰드로 찍은 후에, 상기 레지스트막의 점성에 의해 리플로우(reflow)되어 상기 제 1 개구부는 상기 제 1 폭보다 좁은 제 2 폭의 하부를 가지도록 형성될 수 있다. 또는 상기 방법은, 상기 제 1 개구부를 가지는 레지스트 패턴을 형성하는 단계 후에, 상기 레지스트 패턴을 리플로우 시키는 단계를 더 포함할 수 있다. After being taken into the mold, the resist layer may be reflowed by viscosity of the resist film so that the first opening may have a lower portion having a second width narrower than the first width. Alternatively, the method may further include reflowing the resist pattern after forming the resist pattern having the first opening.

상기 몰드를 형성하는 단계는, 희생 기판 상에 제 1 예비 개구부를 가지는 예비 레지스트 패턴을 형성하는 단계; 상기 예비 레지스트 패턴을 식각 마스크로 하여 제 2 예비 개구부를 가지는 예비 마스크 패턴을 형성하는 단계; 상기 예비 레지스트 패턴을 제거하는 단계; 상기 예비 마스크 패턴을 식각 마스크로 이용하여 상기 희생 기판을 식각하여 몰드홀(mold hole)을 형성하는 단계 ; 상기 예비 마스크 패턴을 제거하는 단계; 상기 희생 기판 상에 상기 몰드홀에 삽입되는 돌출부를 포함하는 몰드막을 형성하는 단계; 및 상기 희생 기판을 제거하는 단계를 포함할 수 있다. The forming of the mold may include forming a preliminary resist pattern having a first preliminary opening on a sacrificial substrate; Forming a preliminary mask pattern having a second preliminary opening by using the preliminary resist pattern as an etching mask; Removing the preliminary resist pattern; Etching the sacrificial substrate using the preliminary mask pattern as an etching mask to form a mold hole; Removing the preliminary mask pattern; Forming a mold layer including a protrusion inserted into the mold hole on the sacrificial substrate; And removing the sacrificial substrate.

상기 방법은, 상기 몰드막을 형성하는 단계 전에, 상기 희생 기판 상에 시드막을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 이때 상기 몰드막은 전기도금법에 의해 형성될 수 있다. The method may further include forming a seed film on the sacrificial substrate before forming the mold film, wherein the mold film may be formed by an electroplating method.

상기 몰드막과 상기 시드막은 크롬, 니켈, 구리 및 백금을 포함하는 그룹에서 선택되는 적어도 하나 또는 이의 합금으로 형성될 수 있다. The mold layer and the seed layer may be formed of at least one or an alloy thereof selected from the group consisting of chromium, nickel, copper, and platinum.

상기 희생기판은 실리콘 및 실리콘화합물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. The sacrificial substrate may include at least one of silicon and a silicon compound.

상기 예비 레지스트 패턴은 포토리소그라피 공정 또는 전자빔(e-beam) 리소그라피 공정을 통해 형성될 수 있다.The preliminary resist pattern may be formed through a photolithography process or an electron beam (e-beam) lithography process.

상기 레지스트막은 포토레지스트막 또는 전자빔(electron-beam) 레지스트막일 수 있다. The resist film may be a photoresist film or an electron-beam resist film.

상기 기판은 실리콘 및 실리콘화합물 중에 적어도 하나를 포함할 수 있다. The substrate may include at least one of silicon and a silicon compound.

상기 필터막은 실리콘질화막을 포함할 수 있다. The filter film may include a silicon nitride film.

상기 방법은 상기 필터막의 표면을 친수성 처리하는 단계를 더 포함할 수 있다. The method may further comprise hydrophilic treatment of the surface of the filter membrane.

상기 제 1 예비 개구부의 폭은 포토리소그라피 공정 또는 전자빔(e-beam) 리소그라피 공정으로 구현이 가능한 최소한의 크기로 형성되며, 상기 제 2 예비 개구부의 폭은 상기 제 1 예비 개구부의 폭보다 좁게 형성될 수 있다.The width of the first preliminary opening may be formed to a minimum size that can be realized by a photolithography process or an electron beam (e-beam) lithography process, and the width of the second preliminary opening may be smaller than the width of the first preliminary opening. Can be.

상기 돌출부의 높이는 상기 레지스트막의 두께보다 바람직하게는 크다. The height of the protrusion is preferably larger than the thickness of the resist film.

본 발명의 일 예에 따른 미세 필터의 제조 방법에서는, 포토리소그래피 공정이나 전자빔 리소그래피 공정으로 구현가능한 최소한의 폭의 예비 개구부를 가지는 예비 레지스트 패턴을 식각 마스크로 이용하여 희생 기판을 식각하고, 상기 희생 기판 상에 몰드막을 형성한다. 따라서 상기 몰드막으로 구성되는 몰드의 돌출부는 포토리소그래피 공정이나 전자빔 리소그래피 공정으로 구현가능한 최소한의 폭을 가지게 된다. 필터막 상에 리플로우 될 수 있는 레지스트막을 코팅하고, 상기 레지스트막 상에 상기 몰드를 찍으면, 상기 돌출부의 형태가 상기 레지스트막에 전사되어 상기 레지스트막에는 상기 필터막을 노출시키는 개구부가 형성된다. 그러나 상기 레지스트막은 리플로우되어 상기 필터막을 노출시키는 개구부의 하부 폭은 상기 예비 개구부의 폭 보다 작게 된다. 따라서, 이러한 개구부가 형성된 상기 레지스트막을 식각 마스크로 이용하여 상기 필터막을 식각하면, 상기 필터막에는 상기 포토리소그래피 공정이나 전자빔 리소그래피 공정으로 구현가능한 최소한의 선폭 보다 작은 폭의 개구부가 형성될 수 있다. 또한, 상기 예비 레지스트 패턴을 리소그래피 공정을 통해 형성하므로 패턴 크기의 재현성과 균일성이 있다. In the method of manufacturing a fine filter according to an embodiment of the present invention, a sacrificial substrate is etched using a preliminary resist pattern having a preliminary resist opening having a minimum width that can be implemented by a photolithography process or an electron beam lithography process as an etching mask, and the sacrificial substrate is etched. A mold film is formed on it. Therefore, the protrusion of the mold composed of the mold layer has a minimum width that can be realized by a photolithography process or an electron beam lithography process. When a resist film that can be reflowed is coated on a filter film, and the mold is stamped on the resist film, the shape of the protrusion is transferred to the resist film, and an opening is formed in the resist film to expose the filter film. However, the resist film is reflowed so that the lower width of the opening exposing the filter film is smaller than the width of the preliminary opening. Accordingly, when the filter film is etched using the resist film having such openings as an etching mask, openings having a width smaller than the minimum line width that can be realized by the photolithography process or the electron beam lithography process may be formed in the filter film. In addition, since the preliminary resist pattern is formed through a lithography process, there is reproducibility and uniformity of the pattern size.

또한, 하나의 몰드를 만들면, 이 몰드를 반복적으로 이용하여 다수의 미세 필터를 제조할 수 있다. 따라서, 고가의 포토리소그라피 공정 또는 전자빔 리소그라피 공정은 몰드 형성할 때 한번만 수행되므로, 매우 경제적이다. 또한 몰드로 찍 음으로써 미세필터를 제조하므로 작업 속도와 효율을 증가시킬 수 있다. In addition, when one mold is made, a plurality of fine filters can be manufactured by repeatedly using the mold. Therefore, the expensive photolithography process or the electron beam lithography process is performed only once when forming the mold, which is very economical. In addition, by producing a fine filter by stamping the mold can increase the work speed and efficiency.

이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The above and other objects, features, and advantages of the present invention will become more readily apparent from the following description of preferred embodiments with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein but may be embodied in other forms. Rather, the embodiments disclosed herein are provided so that the disclosure can be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art.

본 명세서에서, 어떤 막이 다른 막 또는 기판 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 막 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 막이 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 또한, 본 명세서의 다양한 실시예들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 영역, 막들 등을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 영역, 막들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 소정 영역 또는 막을 다른 영역 또는 막과 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시예에의 제1막질로 언급된 막질이 다른 실시예에서는 제2막질로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시예는 그것의 상보적인 실시예도 포함한다.In this specification, when it is mentioned that a film is on another film or substrate, it means that it may be formed directly on another film or substrate, or a third film may be interposed therebetween. Further, in the drawings, the thicknesses of the films and regions are exaggerated for an effective explanation of the technical content. Also, while the terms first, second, third, etc. in various embodiments of the present disclosure are used to describe various regions, films, etc., these regions and films should not be limited by these terms . These terms are only used to distinguish any given region or film from another region or film. Thus, the membrane referred to as the first membrane in one embodiment may be referred to as the second membrane in another embodiment. Each embodiment described and exemplified herein also includes its complementary embodiment.

도 1 내지 도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 필터의 제조 방법을 순차적으로 나타내는 공정 단면도들이다. 먼저 도 1 내지 도 7은 몰드의 형성과정을 나타낸다. 1 to 14 are process cross-sectional views sequentially illustrating a method of manufacturing a fine filter according to an embodiment of the present invention. 1 to 7 illustrate a process of forming a mold.

도 1을 참조하면, 희생 기판(10) 상에 예비 마스크막(12)을 형성한다. 상기 희생 기판(10)은 실리콘이나 실리콘 화합물을 포함할 수 있다. 상기 예비 마스크막(12)은 예를 들면 실리콘질화막일 수 있다. 상기 예비 마스크막(12) 상에 예비 레지스트막(14)을 형성한다. 상기 예비 레지스트막(14)은 포토레지스트나 전자빔(electron-beam 또는 e-beam) 레지스트로 형성될 수 있다. 상기 예비 레지스트막(14)을 코팅한 후에 소프트 베이킹 공정을 추가로 진행할 수 있다. 그리고, 포토마스크(20)를 이용하여 노광 공정을 진행할 수도 있다. Referring to FIG. 1, a preliminary mask layer 12 is formed on the sacrificial substrate 10. The sacrificial substrate 10 may include silicon or a silicon compound. The preliminary mask layer 12 may be, for example, a silicon nitride layer. A preliminary resist film 14 is formed on the preliminary mask film 12. The preliminary resist layer 14 may be formed of a photoresist or an electron-beam or e-beam resist. After coating the preliminary resist layer 14, a soft baking process may be further performed. In addition, the exposure process may be performed using the photomask 20.

도 2를 참조하면, 노광 공정을 진행한 상기 예비 레지스트막(14)을 현상하여 상기 예비 마스크막(12)을 노출시키는 제 1 예비 개구부(16)를 가지는 예비 레지스트 패턴(14a)을 형성한다. 상기 예비 레지스트막(14)이 포지티브형 포토레지스트 패턴일 경우, 상기 노광 공정에서 노광된 부분이 현상될 수 있다. 상기 예비 레지스트막(14)이 네거티브형 포토레지스트 패턴일 경우, 상기 노광 공정에서 노광되지 않은 부분이 현상될 수 있다. 상기 예비 레지스트막(14)이 전자빔 레지스트막일 경우, 전자빔을 맞은 부분이 경화되거나 현상액에 녹을 수 있다. 상기 제 1 예비 개구부(16)는 포토리소그래피 공정이나 전자빔 리소그래피 공정에서 구현할 수 있는 최소의 폭을 가지도록 형성될 수 있다. Referring to FIG. 2, the preliminary resist layer 14 having undergone the exposure process is developed to form a preliminary resist pattern 14a having a first preliminary opening 16 exposing the preliminary mask layer 12. When the preliminary resist layer 14 is a positive photoresist pattern, a portion exposed in the exposure process may be developed. When the preliminary resist layer 14 is a negative photoresist pattern, an unexposed portion may be developed in the exposure process. When the preliminary resist film 14 is an electron beam resist film, a portion hit by the electron beam may be cured or melted in a developer. The first preliminary opening 16 may be formed to have a minimum width that can be realized in a photolithography process or an electron beam lithography process.

도 3을 참조하면, 상기 제 1 예비 개구부(16)를 포함하는 예비 레지스트 패턴(14a)을 식각 마스크로 이용하여 상기 예비 마스크막(12)을 이방성으로 식각한다. 이로써 상기 희생 기판(10)을 노출시키는 제 1 폭(W1)을 가지는 제 2 예 비 개구부(16a)를 포함하는 예비 마스크 패턴(12a)을 형성한다. 이방성 식각 공정에 의해 상기 제 1 폭(W1)은 상기 제 1 예비 개구부(16)의 폭과 거의 동일하거나 보다 좁게 형성될 수 있다. Referring to FIG. 3, the preliminary mask layer 12 is anisotropically etched using the preliminary resist pattern 14a including the first preliminary opening 16 as an etching mask. As a result, the preliminary mask pattern 12a including the second preliminary opening 16a having the first width W1 exposing the sacrificial substrate 10 is formed. By the anisotropic etching process, the first width W1 may be formed to be substantially the same as or smaller than the width of the first preliminary opening 16.

도 4를 참조하면, 상기 예비 레지스트 패턴(14a)을 애싱 공정 등으로 제거한다. 이때 세정공정을 진행하여 상기 예비 레지스트 패턴(14a)과 식각 가스와의 반응에 의한 식각 부산물등을 제거할 수 있다. Referring to FIG. 4, the preliminary resist pattern 14a is removed by an ashing process or the like. In this case, the cleaning process may be performed to remove etching by-products due to the reaction between the preliminary resist pattern 14a and the etching gas.

도 4 및 도 5를 참조하면, 상기 예비 마스크 패턴(12a)을 식각 마스크로 이용하여 상기 희생 기판(10)을 이방성으로 식각한다. 이로써, 상기 희생기판(10)에 제 1 깊이(D1)과 제 2 폭(W2)을 가지는 홀(16b)이 형성된다. 상기 제 1 깊이(D1)은 후술할 도 8의 레지스트막(44)의 두께보다 큰 것이 바람직하다. 이방성 식각 공정에 의해 상기 제 2 폭(W2)은 상기 제 1 폭(W1)과 거의 같거나 보다 작다. 상기 예비 마스크 패턴(12a)을 습식 식각 공정등으로 제거한다. 상기 예비 마스크 패턴(12a)이 실리콘 질화막으로 형성된다면, 인산을 이용하여 제거될 수 있다. 4 and 5, the sacrificial substrate 10 is anisotropically etched using the preliminary mask pattern 12a as an etching mask. As a result, a hole 16b having a first depth D1 and a second width W2 is formed in the sacrificial substrate 10. The first depth D1 is preferably larger than the thickness of the resist film 44 of FIG. 8 to be described later. By the anisotropic etching process, the second width W2 is about equal to or smaller than the first width W1. The preliminary mask pattern 12a is removed by a wet etching process or the like. If the preliminary mask pattern 12a is formed of a silicon nitride film, it may be removed using phosphoric acid.

도 6을 참조하면, 상기 희생기판(10) 상에 상기 희생기판(10)의 표면 프로파일을 가지는 몰드(30)를 형성한다. 이를 위해, 상기 희생기판(10) 상에 시드막(32)을 콘포말하게 증착한다. 상기 시드막(32)은 예를 들면 원자박막 증착(Atomic layer deposition) 방법으로 형성될 수 있다. 상기 시드막(32) 상에 전기도금법으로 몰드막(34)을 형성한다. 상기 시드막(32)과 상기 몰드막(34)은 니켈, 백금, 코발트 및 구리를 포함하는 그룹에서 선택되는 적어도 하나의 물질 또는 그의 합금을 포함할 수 있다. 상기 몰드막(34)은 상기 홀(16b)을 채워 형성되어 돌출부(36)를 형성한다. 상기 돌출부(36), 상기 몰드막(34) 및 상기 시드막(32)은 상기 몰드(30)를 구성한다. Referring to FIG. 6, a mold 30 having a surface profile of the sacrificial substrate 10 is formed on the sacrificial substrate 10. For this purpose, the seed film 32 is conformally deposited on the sacrificial substrate 10. The seed layer 32 may be formed by, for example, atomic layer deposition. The mold layer 34 is formed on the seed layer 32 by electroplating. The seed layer 32 and the mold layer 34 may include at least one material selected from the group consisting of nickel, platinum, cobalt, and copper, or an alloy thereof. The mold layer 34 is formed by filling the hole 16b to form the protrusion 36. The protrusion 36, the mold layer 34, and the seed layer 32 constitute the mold 30.

도 7을 참조하면, 상기 희생 기판(10)을 선택적으로 제거한다. 이로써, 상기 몰드(30)가 형성될 수 있다. 상기 돌출부(36)는 제 1 높이(H1)와 제 3 폭(W3)을 가지도록 형성된다. 상기 제 1 높이(H1)는 상기 제 1 깊이(D1)과 거의 같은 크기를 가지며, 상기 제 3 폭(W3)은 상기 제 2 폭(W2)과 거의 같은 크기를 가진다. Referring to FIG. 7, the sacrificial substrate 10 is selectively removed. As a result, the mold 30 may be formed. The protrusion 36 is formed to have a first height H1 and a third width W3. The first height H1 has a size substantially the same as the first depth D1, and the third width W3 has a size substantially the same as the second width W2.

본 실시예에서는 상기 몰드(30)가 원자박막증착법으로 형성된 시드막과 전기도금법으로 형성된 몰드막으로 구성되지만, 시드막 없이 오직 CVD(Chemical vapor deposition)나 PVD(Physical vapor deposition) 방법만을 이용하여 형성된 몰드막으로 구성될 수도 있다. In the present embodiment, the mold 30 is composed of a seed film formed by atomic thin film deposition and a mold film formed by electroplating. However, the mold 30 is formed using only chemical vapor deposition (CVD) or physical vapor deposition (PVD) without a seed film. It may be composed of a mold film.

도 8을 참조하면, 기판(40) 상에 필터막(42)을 형성한다. 상기 기판(40)은 실리콘이나 실리콘 화합물을 포함할 수 있다. 상기 필터막(42)은 실리콘 질화막일 수 있다. 상기 필터막(42) 상에 레지스트막(44)을 코팅한다. 상기 레지스트막(44)은 포토레지스트막이거나 전자빔 레지스트막일 수 있다. 상기 레지스트막(44)은 높은 점도를 가지는 것이 바람직하다. 이때 상기 레지스트막(44)에 대해 소프트 베이킹 공정을 실시하지 않는 것이 바람직하다. Referring to FIG. 8, a filter film 42 is formed on the substrate 40. The substrate 40 may include silicon or a silicon compound. The filter layer 42 may be a silicon nitride layer. The resist film 44 is coated on the filter film 42. The resist film 44 may be a photoresist film or an electron beam resist film. The resist film 44 preferably has a high viscosity. At this time, it is preferable that the soft baking process is not performed on the resist film 44.

도 8 및 도 9를 참조하면, 상기 레지스트막(44) 상에 상기 몰드(30)를 위치시키고, 상기 돌출부(36)가 상기 필터막(42)에 닿도록 상기 몰드(30)로 찍는다. 이로써 상기 돌출부(36)의 형태가 상기 레지스트막(44)에 전사된다. 8 and 9, the mold 30 is positioned on the resist film 44, and the mold 30 is photographed so that the protrusion 36 contacts the filter film 42. As a result, the shape of the protrusion 36 is transferred to the resist film 44.

도 10을 참조하면, 상기 몰드(30)를 상기 레지스트막(44)으로부터 분리시킴으로써 상기 레지스트막(44)에 상기 필터막(42)을 노출시키는 제 1 개구부(45)를 형성한다. 이때 상기 레지스트막(44)은, 베이킹되지 않았으므로 높은 점성의 액체 상태를 유지하고 있어, 상기 돌출부(36)가 있던 영역으로 리플로우(reflow)된다. 이로써, 상기 제 1 개구부(45)는 제 4 폭(W4)의 상부와 상기 제 4 폭(W4) 보다 좁은 제 5 폭(W5)의 하부를 가지도록 형성될 수 있다. 상기 제 4 폭(W4)은 상기 제 3 폭(W3)과 거의 동일한 크기를 가질 수 있다. 상기 제 1 개구부(45)를 가지는 상기 레지스트막(44)을 레지스트 패턴(44a)으로 명칭할 수 있다. Referring to FIG. 10, by separating the mold 30 from the resist film 44, a first opening 45 is formed in the resist film 44 to expose the filter film 42. At this time, since the resist film 44 has not been baked, the liquid film maintains a high viscosity liquid state and reflows to the region where the protrusion 36 has been present. Thus, the first opening 45 may be formed to have an upper portion of the fourth width W4 and a lower portion of the fifth width W5 that is narrower than the fourth width W4. The fourth width W4 may have substantially the same size as the third width W3. The resist film 44 having the first opening 45 may be referred to as a resist pattern 44a.

또는, 상기 레지스트막(44)은 상기 몰드(30)로 찍기 전에, 소프트 베이킹되며, 상기 몰드(30)로 찍은 후에, 리플로우 공정을 진행하여 상기 제 1 개구부(45)를 형성할 수 있다. Alternatively, the resist film 44 may be soft baked before being taken into the mold 30, and after being taken into the mold 30, a reflow process may be performed to form the first opening 45.

도 11을 참조하면, 상기 레지스트 패턴(44a)을 식각 마스크로 이용하여 상기 필터막(42)을 식각한다. 이로써 상기 필터막(42)에는 제 6폭(W6)의 제 2 개구부(46)가 형성될 수 있다. 상기 제 6 폭(W6)은 상기 제 5 폭(W5)과 거의 동일하거나 보다 작게 형성될 수 있다. Referring to FIG. 11, the filter layer 42 is etched using the resist pattern 44a as an etching mask. As a result, a second opening 46 having a sixth width W6 may be formed in the filter membrane 42. The sixth width W6 may be formed to be substantially the same as or smaller than the fifth width W5.

도 12를 참조하면, 상기 레지스트 패턴(44a)을 애싱 공정등으로 제거한다. Referring to FIG. 12, the resist pattern 44a is removed by an ashing process or the like.

도 13을 참조하면, 상기 기판(40)의 후면의 가장자리에 지지(support) 마스크 패턴(50)을 형성한다. 상기 지지 마스크 패턴(50)은 예를 들면 실리콘질화막일 수 있다. Referring to FIG. 13, a support mask pattern 50 is formed at the edge of the rear surface of the substrate 40. The support mask pattern 50 may be, for example, a silicon nitride layer.

도 14를 참조하면, 상기 지지마스크 패턴(50)을 식각 마스크로 이용하여 상기 기판(40)의 후면을 선택적으로 식각하여 상기 필터막(42)의 하부면을 노출시키는 제 3 개구부(48)을 형성한다. 이로써 미세필터(60)를 완성할 수 있다. 상기 미세필터(60)의 표면을 친수성 처리할 수도 있다. 상기 제 3 개구부(48)는 상기 미세필터(60) 사용시 샘플 액체 투입부로 사용될 수 있다. Referring to FIG. 14, a third opening 48 exposing the lower surface of the filter layer 42 by selectively etching the rear surface of the substrate 40 using the support mask pattern 50 as an etching mask is formed. Form. Thereby, the fine filter 60 can be completed. The surface of the fine filter 60 may be hydrophilic. The third opening 48 may be used as a sample liquid inlet when the microfilter 60 is used.

도 15는 본 발명의 일 예에 따른 방법으로 제조된 미세 필터의 사진이다. 15 is a photograph of a fine filter manufactured by a method according to an embodiment of the present invention.

도 15를 참조하면, 전자빔 리소그래피 공정의 선폭 한계인 50nm보다 훨씬 작은 20~30nm 크기의 홀들이 형성됨을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 15, it can be seen that holes having sizes of 20 to 30 nm much smaller than 50 nm, which is a line width limit of the electron beam lithography process, are formed.

도 16은 본 발명의 일 예에 따른 방법으로 제조된 미세 필터의 사용예를 나타낸다. 16 shows an example of use of a fine filter manufactured by the method according to an embodiment of the present invention.

도 16을 참조하면, 미세유체 소자의 채널부(504)에 본 발명의 실시예에서 제조된 미세 필터(60)가 장착된다. 상기 미세필터(60)에 혈액과 같은 샘플 액체(502)를 드랍(drop)하면, 상기 샘플 액체(502) 안의 백혈구나 적혈구와 같은 혈구와 알부민과 같은 거대 단백질 분자(503)는 상기 미세필터(60)를 통과하지 못하고, 혈청과 같은 작은 크기의 미소 분자(505)만이 상기 미세필터(60)를 통과해 상기 채널부(504)로 들어갈 수 있다. 이로써, 미세 유체 소자에 샘플이 주입되기 전에 비특이적 결합(nonspecific binding)의 주성분이 되는 다수의 거대 단백질 분자들을 조기에 분리할 수 있음으로, 상기 미세 유체 소자의 진단 신뢰성과 정밀성을 탁월하게 증진시킬 수 있다. Referring to FIG. 16, the micro filter 60 manufactured in the embodiment of the present invention is mounted on the channel portion 504 of the microfluidic device. When the sample liquid 502 such as blood is dropped into the microfilter 60, the blood protein such as white blood cells or red blood cells and the macromolecule protein 503 such as albumin may be added to the microfilter 60. Only small molecules 505 having a small size, such as serum, may not pass through the micro filter 60 and enter the channel portion 504. This enables early separation of large numbers of macromolecular molecules, which are the main component of nonspecific binding, before the sample is injected into the microfluidic device, thereby greatly improving the diagnostic reliability and precision of the microfluidic device. have.

도 1 내지 도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 필터의 제조 방법을 순차적으로 나타내는 공정 단면도들이다. 1 to 14 are process cross-sectional views sequentially illustrating a method of manufacturing a fine filter according to an embodiment of the present invention.

도 15는 본 발명의 일 예에 따른 방법으로 제조된 미세 필터의 사진이다. 15 is a photograph of a fine filter manufactured by a method according to an embodiment of the present invention.

도 16은 본 발명의 일 예에 따른 방법으로 제조된 미세 필터의 사용예를 나타낸다. 16 shows an example of use of a fine filter manufactured by the method according to an embodiment of the present invention.

Claims (10)

제 1 폭의 돌출부를 가지는 몰드를 형성하는 단계;Forming a mold having a protrusion of a first width; 기판의 일면 상에 필터막을 형성하는 단계;Forming a filter film on one surface of the substrate; 상기 필터막 상에 레지스트막을 코팅하는 단계;Coating a resist film on the filter film; 상기 돌출부가 상기 레지스트막을 통해 상기 필터막과 닿도록 상기 몰드로 찍어 제 1 개구부를 가지는 레지스트 패턴을 형성하는 단계;Forming a resist pattern having a first opening by dipping into the mold such that the protrusion contacts the filter film through the resist film; 상기 레지스트 패턴을 식각마스크로 이용하여 상기 필터막을 식각하여 상기 기판을 노출시키는 제 2 개구부를 형성하는 단계; Forming a second opening to expose the substrate by etching the filter film using the resist pattern as an etching mask; 상기 레지스트막을 제거하는 단계; 및Removing the resist film; And 상기 일면과 반대되는 면 쪽의 상기 기판의 일부를 제거하여 상기 필터막의 상기 개구부를 노출시키는 단계를 포함하는 미세 필터의 제조 방법.And removing a portion of the substrate on a surface opposite to the one surface to expose the opening of the filter membrane. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 몰드로 찍은 후에, 상기 레지스트막의 점성에 의해 리플로우(reflow)되어 상기 제 1 개구부는 상기 제 1 폭보다 좁은 제 2 폭의 하부를 가지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 미세 필터의 제조 방법.And after taking with the mold, reflowed by viscosity of the resist film so that the first opening is formed to have a lower portion of the second width narrower than the first width. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제 1 개구부를 가지는 레지스트 패턴을 형성하는 단계 후에, 상기 레지 스트 패턴을 리플로우 시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 미세 필터의 제조 방법.And after the forming of the resist pattern having the first opening, reflowing the resist pattern. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 몰드를 형성하는 단계는,Forming the mold, 희생 기판 상에 제 1 예비 개구부를 가지는 예비 레지스트 패턴을 형성하는 단계;Forming a preliminary resist pattern having a first preliminary opening on the sacrificial substrate; 상기 예비 레지스트 패턴을 식각 마스크로 하여 제 2 예비 개구부를 가지는 예비 마스크 패턴을 형성하는 단계;Forming a preliminary mask pattern having a second preliminary opening by using the preliminary resist pattern as an etching mask; 상기 예비 레지스트 패턴을 제거하는 단계;Removing the preliminary resist pattern; 상기 예비 마스크 패턴을 식각 마스크로 이용하여 상기 희생 기판을 식각하여 몰드홀(mold hole)을 형성하는 단계 ;Etching the sacrificial substrate using the preliminary mask pattern as an etching mask to form a mold hole; 상기 예비 마스크 패턴을 제거하는 단계;Removing the preliminary mask pattern; 상기 희생 기판 상에 상기 몰드홀에 삽입되는 돌출부를 포함하는 몰드막을 형성하는 단계; 및Forming a mold layer including a protrusion inserted into the mold hole on the sacrificial substrate; And 상기 희생 기판을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세 필터의 제조 방법.And removing the sacrificial substrate. 제 4 항에 있어서,5. The method of claim 4, 상기 몰드막을 형성하는 단계 전에, 상기 희생 기판 상에 시드막을 형성하는 단계를 더 포함하며,Before forming the mold layer, further comprising forming a seed layer on the sacrificial substrate, 상기 몰드막은 전기도금 또는 무전해도금법에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 미세 필터의 제조 방법.The mold film is a method of manufacturing a fine filter, characterized in that formed by electroplating or electroless plating method. 제 5 항에 있어서,6. The method of claim 5, 상기 몰드막과 상기 시드막은 크롬, 니켈, 구리 및 백금을 포함하는 그룹에서 선택되는 적어도 하나 또는 이의 합금으로 형성되는 것을 특징으로 하는 미세 필터의 제조 방법.And the mold film and the seed film are formed of at least one or an alloy thereof selected from the group consisting of chromium, nickel, copper and platinum. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 레지스트막은 포토레지스트막 또는 전자빔(electron-beam) 레지스트막인 것을 특징으로 하는 미세 필터의 제조 방법.And the resist film is a photoresist film or an electron-beam resist film. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 기판은 실리콘 및 실리콘화합물 중에 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세 필터의 제조 방법.The substrate is a method of manufacturing a fine filter, characterized in that it comprises at least one of silicon and silicon compounds. 제 4 항에 있어서,5. The method of claim 4, 상기 제 1 예비 개구부의 폭은 포토리소그라피 공정 또는 전자빔(e-beam) 리소그라피 공정으로 구현이 가능한 최소한의 크기로 형성되며, 상기 제 2 예비 개구부의 폭은 상기 제 1 예비 개구부의 폭보다 좁게 형성되는 것을 특징으로 하는 미세 필터의 제조 방법. The width of the first preliminary opening is formed to a minimum size that can be implemented by a photolithography process or an electron beam (e-beam) lithography process, and the width of the second preliminary opening is formed to be narrower than the width of the first preliminary opening. Method for producing a fine filter, characterized in that. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 돌출부의 높이는 상기 레지스트막의 두께보다 큰 것을 특징으로 하는 미세 필터의 제조 방법.The height of the protrusion is greater than the thickness of the resist film manufacturing method of the fine filter.
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