KR101295399B1 - 바이오 센서 및 그 제조 방법 - Google Patents
바이오 센서 및 그 제조 방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR101295399B1 KR101295399B1 KR1020110145006A KR20110145006A KR101295399B1 KR 101295399 B1 KR101295399 B1 KR 101295399B1 KR 1020110145006 A KR1020110145006 A KR 1020110145006A KR 20110145006 A KR20110145006 A KR 20110145006A KR 101295399 B1 KR101295399 B1 KR 101295399B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- electrode
- carbon
- wire
- photoresist
- electrode region
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/28—Electrolytic cell components
- G01N27/30—Electrodes, e.g. test electrodes; Half-cells
- G01N27/308—Electrodes, e.g. test electrodes; Half-cells at least partially made of carbon
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F1/00—Originals for photomechanical production of textured or patterned surfaces, e.g., masks, photo-masks, reticles; Mask blanks or pellicles therefor; Containers specially adapted therefor; Preparation thereof
- G03F1/38—Masks having auxiliary features, e.g. special coatings or marks for alignment or testing; Preparation thereof
- G03F1/40—Electrostatic discharge [ESD] related features, e.g. antistatic coatings or a conductive metal layer around the periphery of the mask substrate
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
- G03F7/0005—Production of optical devices or components in so far as characterised by the lithographic processes or materials used therefor
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
- G03F7/20—Exposure; Apparatus therefor
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
- G03F7/26—Processing photosensitive materials; Apparatus therefor
- G03F7/30—Imagewise removal using liquid means
- G03F7/32—Liquid compositions therefor, e.g. developers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/027—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34
- H01L21/033—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34 comprising inorganic layers
- H01L21/0334—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34 comprising inorganic layers characterised by their size, orientation, disposition, behaviour, shape, in horizontal or vertical plane
- H01L21/0337—Making masks on semiconductor bodies for further photolithographic processing not provided for in group H01L21/18 or H01L21/34 comprising inorganic layers characterised by their size, orientation, disposition, behaviour, shape, in horizontal or vertical plane characterised by the process involved to create the mask, e.g. lift-off masks, sidewalls, or to modify the mask, e.g. pre-treatment, post-treatment
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
Abstract
(a) 전극영역에 절연층을 형성하는 단계; (b) 상기 절연층 상에 1차 포토레지스트를 코팅하는 단계; (c) 1차 포토마스크를 통하여 상기 제1 전극영역을 1차 노광하는 단계; (d) 상기 제1 전극영역을 제외한 나머지 부분을 현상하여 제거하는 단계; (e) 상기 (d) 단계 후 상기 1차 전극영역 및 상기 절연층 상부에 2차 포토레지스트를 코팅하는 단계; (f) 상기 제2 전극영역을 2차 포토마스크를 통하여 2차 노광하는 단계; (g) 상기 제2 전극영역 사이의 포토레지스트 상부를 와이어 형태의 포토마스크를 통하여 상기 제2 전극영역을 연결하는 마이크로 사이즈의 와이어 형태로 3차 노광하는 단계; (h) 상기 (c), (f) 및 (g) 단계에 노광된 부분을 제외한 나머지 부분의 포토레지스트를 현상 제거하는 단계; (i) 상기 1차 및 제2 전극영역 및 상기 와이어를 열분해하여 탄소 전극과 탄소 와이어, 탄소 탐침을 형성하는 단계 및 (j) 상기 탄소 와이어 상에 패시베이션층을 형성하는 단계를 포함하는 바이오 센서 제조 방법 및 바이오 센서가 개시된다. 상기 방법에 의하여 센서의 감지성이 향상된 바이오 센서가 제공된다.
Description
본 발명은 바이오 센서 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 중첩형 탄소 마이크로/나노구조를 통하여 특정 바이오 물질을 센싱하는 센서를 제조하는 바이오 센서 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
최근 환경문제에 대한 관심 증가와 정보통신 기기의 발전과 더불어 다양한 바이오 물질에 대한 센서가 개발되고 있는 가운데 반도체 기술을 접목함으로써 제조가 간편해지고 그 성능이 향상되고 있다. 모든 센서는 성능 향상을 위하여 감도를 높이는 것이 최대 목표이며, 이러한 목표를 달성하기 위한 노력도 증가되고 있다.
한편, 바이오 센싱에는 전기화학적 센서 또는 광 센서가 주로 사용되어지고 있다.
상기 광 센서는, 여타의 센서에 비하여 반응 속도가 빠르고, 그 감도도 높은 편이나 크기가 큰 편이어서 공간 활용성이 떨어지고 사용에 불편함에 있다는 단점이 있다.
상기 광 센서의 단점은 전기화학적 센서를 사용하여 극복할 수 있는데, 상기 전기화학적 센서는 대상 물질을 전기화학적으로 산화 또는 환원하여 외부 회로에 흐를 전류를 측정하거나 전해질 용액이나 고체에 용해 또는 이온화한 가스 상의 이온이 이온 전극에 작용하여 생기는 기전력을 이용하는 것으로 이는 그 크기는 작으나, 매우 느린 반응속도를 나타냄과 더불어 감도가 낮다는 단점이 있다.
즉 한국등록특허 제0741187호에 따르면, 분석물의 농도를 측정하는 전기화학 센서는 전류 측정을 적절하도록 하는 임피던스를 가진 두 개의 전극을 포함하는 전기화학 셀에서 반응영역에 샘플을 놓음으로써 수성 액체 샘플 중 분석하고자 하는 성분의 농도를 측정한다. 상기 분석하고자 하는 성분은 산화환원제와 직접 또는 간접적으로 반응하여 분석할 성분의 농도에 상응하는 양으로 산화 도는 환원 가능한 물질을 형성한다. 이어서, 존재하는 산화 또는 환원 가능한 물질의 양은 전기화학적으로 측정된다. 일반적으로 상기 방법은 전기분해 생성물이 다른 전극에 닿지 못하고 측정 가능한 동안에는 다음 전극에서 반응을 간섭하지 못하도록 전극간의 충분한 격리를 요구하고, 그 제조 원가가 고가인데다 제조 공정이 복잡하다는 문제점이 있다.
또한, 종래의 바이오 센서는 바이오 물질을 감지하는 탐침의 구조가 기판상의 일정방향으로만 형성되도록 제조되므로, 바이오 물질 검출의 효율성을 높일 수 있으며 바이오 샘플의 센서 상의 위치에 따라 적합화된 탐침구조의 필요성이 요구된다.
본 발명은 다양한 탐침 구조를 구비하는 바이오 센서의 구조를 제공하여 바이오 물질의 센싱 감도를 높인 바이오 센서 및 그 바이오 센서 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 탄소 마이크로/나노 와이어의 위치, 개수, 구조 등의 형태를 자유롭게 제어할 수 있으며, 나노 와이어 기반의 센서의 생산 비용이 적으며 생산성을 획기적으로 높여 대량생산이 가능한 바이오 센서 및 그 바이오 센서 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 바이오 센서 제조 방법은, (a) 전극영역에 절연층을 형성하는 단계; (b) 상기 절연층 상에 1차 포토레지스트를 코팅하는 단계; (c) 1차 포토마스크를 통하여 상기 제1 전극영역을 1차 노광하는 단계; (d) 상기 제1 전극영역을 제외한 나머지 부분을 현상하여 제거하는 단계; (e) 상기 (d) 단계 후 상기 1차 전극영역 및 상기 절연층 상부에 2차 포토레지스트를 코팅하는 단계; (f) 상기 제2 전극영역을 2차 포토마스크를 통하여 2차 노광하는 단계; (g) 상기 제2 전극영역 사이의 포토레지스트 상부를 와이어 형태의 포토마스크를 통하여 상기 제2 전극영역을 연결하는 마이크로 사이즈의 와이어 형태로 3차 노광하는 단계; (h) 상기 (c), (f) 및 (g) 단계에 노광된 부분을 제외한 나머지 부분의 포토레지스트를 현상 제거하는 단계; (i) 상기 1차 및 제2 전극영역 및 상기 와이어를 열분해하여 상기 탄소 전극과 상기 탄소 전극 방향으로 돌출된 탐침이 형성된 탄소 와이어를 형성하는 단계 및 (j) 상기 탄소 와이어 상에 패시베이션층을 형성하는 단계를 포함한다. 상기 방법에 의하여 센서의 감지성이 향상된 바이오 센서가 제공된다.
바람직하게는, 상기 (a) 단계는, 기판이 절연물질일 경우 생략할 수 있다.
상기 (g) 단계는, 상기 제1 전극영역은 상기 제2 전극영역을 연결하는 상기 와이어 하부에 형성될 수 있다. 이렇게 형성된 제1 전극영역은 산화전극으로의 역할을 할 수 있으며, 제2 전극영역 및 탄소와이어는 환원전극으로의 역할을 할 수 있다. 또는 제 1 전극영역이 환원전극으로, 제 2 전극 영역 및 탄소와이어는 산화전극으로의 역할을 할 수도 있다.
이때, 상기 (i) 단계에서 상기 탄소 와이어는 메시(mesh)형상 또는 허니콤(honey comb)형상일 수 있다. 이와 같이 형성된 탄소와이어 및 2차 전극과 1차 전극 사이에서 바이오 물질의 산화 및 환원 반응이 반복해서 일어나기 때문에 바이오 센서의 감지도가 향상될 수 있다.
한편, 상기 (i) 단계에서 상기 탄소 와이어의 폭은 100nm ~ 수 μm이고, 높이는 100nm ~ 수 μm이며, 길이는 수 μm ~ 수백μm으로 형성될 수 있다.
이때, 상기 (i) 단계에서 열분해의 조건, 즉 가열 시간, 냉각 시간, 온도 상승 속도, 특정 온도 지속 시간, 기판의 고로(furnace) 내에서의 위치, 또는 불활성 기체 및 진공 조건에 따라 상기 탐침이 상기 탄소 와이어 외부로 돌출되거나 제1 탄소 전극 쪽으로 돌출되는 형태로 가공될 수 있다. 또한 탄소 탐침의 형태와 크기는 상기 (g) 단계에서의 3차 노광 조건과 상기 (i) 단계의 열분해 조건에 의하여 결정된다. 탐침이 탄소 와이어 외부로 돌출된 형태로 가공될 경우 세포 또는 뉴론과 같은 바이오 샘플을 탄소 탐침 위로 위치시키면 탐침이 세포로 침투하여 세포 내의 바이오 물질을 측정하거나 세포 근처의 바이오 물질 또는 바이오 신호를 측정할 수 있다. 이 때, 세포 성장액이나 세포에 자극을 주는 물질을 세포 위로 전달할 수 있을 뿐만 아니라 탄소 와이어 사이를 통하여 세포 아래로부터 전달 할 수 있어 세포의 성장 및 자극 물질 전달 현상을 실제 생체 내에서의 현상과 좀 더 가깝게 모사할 수 있다. 또한 탐침이 제1 탄소 전극 방향으로 향하도록 돌출된 형태로 가공될 경우 세포 또는 뉴론과 같은 바이오 샘플을 탄소 와이어와 제1 탄소 전극 사이에서 성장시키면 바이오 샘플이 성장함에 따라 탐침의 끝이 바이오 샘플 내로 침투하거나 바이오 샘플에 근접할 수 있어 탐침을 바이오 샘플로 찔러 넣을 필요 없이 기존의 탐침을 이용한 바이오 센서보다 효율적이고 용이한 측정을 할 수 있다.
상기 (c)와 (d) 단계는 바이오 물질의 산화, 환원 반응의 반복 반응 측정 없이 탄소 와이어를 사용하여 단일 산화반응 또는 환원 반응만 측정할 경우 생략할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 바이오 센서 제조 방법은 (a) 제1 전극영역, 복수의 제2 전극영역을 포함하며, 절연 물질로 이루어진 기판을 준비하는 단계; (b) 상기 기판 상에 1차 포토레지스트를 코팅하는 단계; (c) 1차 포토마스크를 통하여 상기 제1 전극영역을 1차 노광하는 단계; (d) 상기 제1 전극영역을 제외한 나머지 부분을 현상하여 제거하는 단계; (e) 상기 (d) 단계 후 상기 제1 전극영역 및 상기 기판 상부에 2차 포토레지스트를 코팅하는 단계; (f) 상기 제2 전극영역을 2차 포토마스크를 통하여 2차 노광하는 단계; (g) 상기 제2 전극영역 사이의 포토레지스트 상부를 와이어 형태의 포토마스크를 통하여 상기 제2 전극영역을 연결하는 마이크로 사이즈의 와이어 형태로 3차 노광하는 단계; (h) 상기 (c), (f) 및 (g) 단계에 노광된 부분을 제외한 나머지 부분의 포토레지스트를 현상 제거하는 단계; 및 (i) 상기 1차 및 제2 전극영역 및 상기 와이어를 열분해하여 상기 탄소 전극과 상기 탄소 전극 방향으로 돌출된 탐침이 형성된 탄소 와이어를 형성하는 단계 및 (j) 상기 탄소 와이어 상에 패시베이션층을 형성하는 단계를 포함한다. 상기와 같이 기판을 절연 물질로 이루어짐에 따라 별도로 절연층을 형성하지 않아도 된다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 바이오 센서는 실리콘 기판 상측에 구비되는 1차 탄소 전극; 상기 1차 탄소 전극과 소정 간격 이격되되 상기 1차 탄소 전극의 외주변을 따라 구비되는 2차 탄소 전극; 및 상기 2차 탄소 전극 상부를 연결하되 상기 1차 탄소 전극 상부에 구비되며, 상기 제1 탄소 전극 방향으로 돌출된 탐침이 형성된 탄소 와이어 탄소 와이어를 포함할 수 있다. 상기 구성에 의하여 바이오 센서의 감도를 향상시키고, 그 크기 및 부피를 감소시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 절연층을 포함하는 기판 상측에 구비되는 복수개의 탄소 전극; 상기 탄소 전극 상부를 연결하되, 하측 또는 상측 방향으로 돌출된 탐침이 형성된 탄소 와이어를 포함하는 바이오 센서를 제공한다.
상기 바이오 센서는, 복수개의 탄소 전극과 상기 탄소 와이어 및 상기 탐침으로 형성되며, 상기 탄소전극에 전기 신호를 인가하고, 이를 통하여 발생하는 단일 산화/환원 전류를 측정하거나 탐침으로 전기적 신호를 측정할 수 있게 된다.
본 발명에 따른 바이오 센서 제조 방법은 다음과 같은 효과를 가진다.
첫째, 탄소 와이어의 중첩영역에 다양한 구조의 탐침이 형성되어 바이오 센서의 감도가 향상될 수 있으며 탐침을 통하여 샘플 특정 부위의 바이오 신호를 측정하거나 샘플 특정 부위에 자극을 줄 수 있다.
둘째, 중첩 형태의 탄소 와이어 및 탄소 전극을 1차 및 2차 내지 3차 노광 공정과 현상 제거 과정을 통해 간단하게 저 비용의 일괄 공정으로 생산할 수 있다.
셋째, 탄소 와이어가 중첩형으로 형성되기 때문에 바이오 물질의 산화 및 환원 반응의 반복 반응의 효율이 증가하여 바이오 센서의 감도가 향상될 수 있다.
넷째, 탄소 와이어의 형태가 선형, 메시(mesh)형상 또는 허니콤(honey comb)을 띄고 있어 탄소 와이어 사이의 빈 공간을 통하여 산화환원이 가능한 물질이 전극 영역으로 원활하게 공급될 수 있다.
다섯째, 탄소 와이어의 형태가 포토마스크의 모양과 노광 에너지의 양, 그리고 열분해 공정에 의하여 결정되며 탄소 와이어와 기판 사이의 간격은 포토레지스트의 높이와 열분해 공정에 의해 결정되므로 다양한 형태의 중첩형 탄소 와이어 구조를 자유롭게 형성할 수 있다.
여섯째, 탄소 와이어 구조가 마이크로 단위의 포토레지스트의 열분해를 통한 부피 감소로 인하여 형성되므로 고가의 나노공정 장비 없이 저비용으로 나노 구조체를 생산할 수 있다.
일곱째, 본 제조방법으로 제조되는 탄소 전극 기반 센서는 바이오 물질뿐만 아니라 산화 및 환원이 가능한 물질에 대한 센싱에 광범위하게 사용될 수 있다.
여덟째, 본 제조방법으로 제조되는 탄소 전극 기반 센서는 바이오 물질측정 뿐만 아니라 바이오 샘플에서 발생하는 전기적 신호를 측정하거나 바이오 샘플에 전기적 신호를 가할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 바이오 센서 제조 방법 순서도이다.
도 2는 도 1의 바이오 센서 제조 방법공정을 도시한 도면이다.
도 3은 도 1의 바이오 센서를 확대 도시한 도면이다.
도 4는 도 1의 바이오 센서의 변형예를 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 바이오 센서 제조 방법공정을 도시한 도면이다.
도 3은 도 1의 바이오 센서를 확대 도시한 도면이다.
도 4는 도 1의 바이오 센서의 변형예를 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들은 대체할 수 있는 균등한 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 바이오 센서 제조 방법을 도시한 순서도이고, 도 2는 도 1의 바이오 센서 제조 방법 공정을 도시한 도면이며, 도 3은 도 1의 중첩형 탄소 마이크로/나노구조의 바이오 센서를 확대 도시한 도면이다.
도면을 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 바이오 센서 제조 방법은, 실리콘 기판 상측의 제1 전극영역 및 복수의 제2 전극영역을 포함하는 전극영역에 절연층을 형성하는 단계(S110), 상기 절연층 상에 1차 포토레지스트를 코팅하는 단계(S120), 1차 포토마스크를 통하여 상기 제1 전극영역을 1차 노광하는 단계(S130), 상기 제1 전극영역을 제외한 나머지 부분을 현상하여 제거하는 단계(S140), 상기 제1 전극영역 및 나머지 영역 상에 2차 포토레지스트를 코팅하는 단계(S150), 상기 제2 전극영역을 2차 포토마스크로 2차 노광하는 단계(S160), 상기 제2 전극영역 사이의 포토레지스트 상부를 와이어 형태의 포토마스크를 통하여 상기 제2 전극영역을 연결하는 마이크로 사이즈의 와이어 형태로 3차 노광하는 단계(S170), 상기 1차, 2차 및 3차 노광된 부분을 제외한 나머지 부분의 포토레지스트를 현상 제거하는 단계(S180), 상기 1차 및 제2 전극영역 및 상기 와이어를 열분해하여 중첩된 형태의 탄소 전극과 탄소 와이어 및 탄소 탐침을 형성하는 단계(S190) 및 탄소 와이어 상에 패시베이션층을 형성하는 단계(S200)로 이루어진다.
상기 실리콘 기판 상측의 제1 전극영역 및 복수의 제2 전극영역을 포함하는 전극영역에 절연층을 형성하는 단계(S110)는 우선, 실리콘 기판(110) 상면 전체에 1차 절연층(120)을 형성한다. 상기 1차 절연층은 이산화규소, 또는 실리콘 나이트라이드 (silicon nitride) 등의 절연 물질로 이루어진다.
본 실시예에서는 실리콘 기판 상측에 절연층을 형성하였으나, 절연층을 형성하는 단계를 생략하고 기판 재질을 절연 재질로 형성하는 것도 가능하다. 즉, 별도로 절연층을 형성하지 않고 기판 자체에 전극영역이 포함됨에 따라 바이오 센서를 제조하는 제조 시간이 단축될 수 있다.
상기 절연층(120)을 형성하면, 상기 절연측(120) 상에 포토레지스트를 이용하여 1차 코팅하는 단계(S120)가 진행된다. 이후, 1차 포토마스크를 통하여포토레지스트(130)를 자외선에 노출시켜 제1 전극영역을 형성하기 위한 1차 노광이 수행된다(S130). 상기 1차 노광이 완료되면 1차 절연부 상부에는 전극 모양으로 포토레지스트가 경화되어 제1 전극영역(135)이 형성될 수 있다. 이때, 노광된 광 에너지는 포토레지스트가 포토레지스트 최상부부터 1차 절연층 바로 위까지 경화될 수 있을 만큼 충분하여야 한다.
1차 노광이 완료되면, 제1 전극영역(135)을 제외한 나머지 부분을 현상하여 제거하게 된다(S140). 이후, 상기 제1 전극영역(135)을 제외한 나머지 부분을 현상하여 제거하면, 상기 제1 전극영역(135) 및 절연층(120) 상부에 2차 포토레지스트(140)를 코팅할 수 있다(S150).
이후, 상기 제2 전극영역을 2차 포토마스크를 통하여 2차 노광하여 제2 전극영역을 형성하는 단계를 수행한다(S160). 상기 2차 노광 단계(S160)에서 포토레지스트가 흡수할 수 있는 자외선의 에너지는 포토레지스트(140) 최상부부터 1차 절연층 바로 위까지 경화될 수 있을 만큼 충분하여야 한다.
상기와 같이 2차 노광이 완료되면, 상기 제2 전극영역 사이의 포토레지스트 상부를 와이어 형태의 포토마스크를 통하여 상기 제2 전극영역을 연결하는 마이크로 사이즈의 와이어 형태로 3차 노광하는 단계(S170)를 수행한다. 상기 3차 노광은 1차 및 2차 노광보다 적은 에너지로 포토레지스트 상단만을 경화할 수 있도록 한다. 상기 3차 노광을 통하여 제2 전극영역(145)을 연결하는 포토레지스트 일부가 와이어 형상으로 경화되어 상기 제2 전극영역을 연결하는 마이크로 포토레지스트 와이어(150)를 형성한다. 이때, 제1 전극영역(135)은 제2 전극영역(145)을 연결하는 상기 와이어(150) 하부에 형성될 수 있으며, 상기 제1 전극영역(135)과 와이어(150)는 소정 간격 이격되도록 형성될 수 있다.
3차 노광 단계를 완료한 후, 상기 1차 및 2차 내지 3차 노광 단계에서 노광된 부분을 제외한 부분의 포토레지스트를 현상 제거하는 단계를 수행한다(S180), 상기 1차 및 2차 내지 3차 노광 단계에서 노광되지 않은 부분의 포토레리스트를 현상 제거할 때, 상기 제1 전극영역과 상기 와이어(150) 사이의 포토레지스트 영역을 현상 제거하게 된다(S180). 이 과정을 통해 제1 전극영역(135), 제2 전극영역(145) 및 마이크로 포토레지스트 와이어(150)만이 남는다.
한편, 본 발명의 실시예에서는 1차 및 2차 내지 3차 노광 단계에서 상기 포토레지스트는 SU-8 포토레지스트를 포함한 네가티브 포토레지스트를 이용할 수 있으며, 포토레지스트의 종류에 의하여 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
상기 제1 전극영역(135), 제2 전극영역(145) 및 와이어(150)는 열분해를 통해 마이크로 또는 나노 크기의 탄소 구조체로 형성될 수 있다(S190). 즉, 도 3을 참고하면, 상기 바이오 센서 제조 방법에 의해 형성된 바이오 센서(200)는 1차 탄소 전극(230), 2차 탄소 전극(240) 및 탄소 와이어(250)를 포함한다.
상기 바이오 센서(200)를 형성하기 위하여 진공 상태나 불활성 가스 환경에서 800°C 이상의 고열에서 열분해할 수 있다. 상기 열분해를 통해 제1 전극영역(135) 및 제2 전극영역(145)은 제1 탄소 전극(230) 및 제2 탄소 전극(240)으로 변환되고, 상기 와이어(150)는 탄소 와이어(250)로 변환될 수 있다.
이때, 상기 탄소 와이어(250)는 메시(mesh) 형상 또는 허니콤(honey comb) 형상으로 형성될 수 있다. 상기와 같이 탄소 와이어(250)가 메시 또는 허니콤 형상으로 형성됨에 따라 바이오 물질의 제 1차 탄소 전극(230) 및 제 2차 탄소 전극으로의 공급이 원활해지며, 산화 환원 반응의 면적이 증가하고 산화환원 반복 반응의 효율이 증대되어 바이오 센서의 감지도를 높일 수 있다. 여기서, 제2 탄소 전극(240)은 바이오 물질을 산화시키는 산화전극으로 작용하고, 제1 탄소 전극(230)은 산화된 바이오 물질을 환원시키는 환원전극으로 작용할 수 있다. 또는 탄소 와이어 (250)과 제2 탄소 전극(240)는 바이오 물질을 환원시키는 환원전극으로 작용하고, 상기 제1 탄소 전극(230)는 상기 바이오 물질을 산화시키는 산화전극으로도 작용할 수 있다.
이때, 탄소 와이어(250)를 형성하는 과정에서 탐침(270)이 형성될 수 있다. 상기 탐침(270)은 탄소 와이어(250)의 메시 형상이 중첩되는 중첩영역에 형성될 수 있으며, 상기 제1 탄소 전극(230)을 향하도록 형성될 수 있다.
상기 탐침(270)은 와이어(150)가 열분해되는 과정에서 와이어(150)의 본체가 용융되면서 형성되거나 와어어(150)가 형성될 때 형성된 탐침 형태의 포토레지스트가 열분해 과정을 통하여 좀 더 날카로운 형태의 탄소 탐침으로 변형될 수 있다. 특히 상기 탐침(270)은 중력 방향인 제1 탄소 전극(230)을 향하되 단부가 날카롭게 형성되어 바이오 물질을 센싱하는 감도가 향상되거나 세포나 뉴론과 같은 바이오 샘플에 근접하여 위치할 수 있거나 바이오 샘플 내부로 침투할 수 있다.
상기와 같은 구성에 의하여 바이오 물질이 산화와 환원을 반복적으로 행함으로써 바이오 물질의 산화 및 환원 영역 범위가 증가하여 바이오 센서의 감도가 향상될 수 있다. 또한, 탄소 와이어 구조가 마이크로 단위의 포토레지스트의 열분해를 통한 부피 감소로 인하여 형성되므로 고가의 나노공정 장비 없이 저비용으로 나노 구조체를 생산할 수 있게 된다.
상기 탄소 전극(230, 240) 및 탄소 와이어(250)가 형성되면, 상기 탄소 와이어(250) 상에 패시베이션(Passvition-layer)층을 형성할 수 있다(S200). 상기 패시베이션층은 탐침이나 탄소 와이어를 제외한 탄소부를 감지하려는 물질과 절연시켜 안정적인 측정을 가능하게 하고 바이오 샘플의 특정 부분에서만 신호를 검출할 수 있도록 한다. 이때, 패시베이션층을 형성하기 위하여 SU-8을 이용하여 형성할 수 있으며, 본 발명의 실시예에서는 패시베이션층을 형성하기 위하여 SU-8을 이용한 예를 들어 설명하지만 패시베이션층을 형성하기 위하여 다양한 재질을 이용할 수 있음은 물론이다.
한편, 상기 제1 전극영역(135), 제2 전극영역(145) 및 와이어(150)는 열분해를 통해 나노 크기의 탄소 구조체로 형성하는 과정(S190)에서, 탐침(270)이 탄소 와이어(250) 외부로 돌출되도록 탄소 전극(230, 240) 및 탄소 와이어(250)를 번복(飜覆_뒤집어 엎음)할 수 있다.
즉, 도 4를 참고하면, 상기 탐침(270)이 상방을 향할 수 있도록 상기 바이오 센서(200)를 뒤엎을 수 있다. 상기 탐침(270)이 생성될 때 중력방향을 향하도록 생성되기 때문에 바이오 센서(200)를 번복하게 되면, 상기 탐침(270)이 제2 탄소 전극(240) 외부로 노출되도록 형성될 수 있다. 이와 같이 바이오 센서(200)를 번복함으로써, 탐침(270)이 탄소 와이어 외부로 돌출된 형태로 가공될 경우 세포 또는 뉴론과 같은 바이오 샘플을 탄소 탐침 위로 위치시키면 탐침이 세포로 침투하여 세포 내의 바이오 물질을 측정하거나 세포 근처의 바이오 물질 또는 바이오 신호를 측정할 수 있다. 이 때, 세포 성장액이나 세포에 자극을 주는 물질을 세포 위로 전달할 수 있을 뿐만 아니라 탄소 와이어 사이를 통하여 세포 아래로부터 전달 할 수 있어 세포의 성장 및 자극 물질 전달 현상을 실제 생체 내에서의 현상과 좀 더 가깝게 모사할 수 있다. 또한 도 3과 같이 탐침이 제1 탄소 전극 방향으로 향하도록 돌출된 형태로 가공될 경우 세포 또는 뉴론과 같은 바이오 샘플을 탄소 와이어와 제1 탄소 전극 사이에서 성장시키면 바이오 샘플이 성장함에 따라 탐침의 위치가 바이오 샘플 내로 침투하거나 바이오 샘플에 근접할 수 있어 탐침을 바이오 샘플로 찔러 넣을 필요 없이 기존의 탐침을 이용한 바이오 센서보다 효율적이고 용이한 측정을 할 수 있다.
한편, 본 발명의 바이오 센서(200)는 산화/환원 반복이 없이 단일 산화전류나 환원 전류를 반응을 측정하거나 전압이나 저항, 임피던스와 같은 전기적 신호를 측정할 수도 있다. 즉, 도 5를 참고하면, 바이오 센서(200)를 제1 탄소 전극(230_도 3 및 도 4 참고) 없이 2차 탄소 전극(240)과 탄소 와이어(250)만 구성된 구조로 가공하여 단일 산화 반응이나 환원 반응을 측정하거나 전기적 신호를 측정할 수도 있다. 또한, 상기 탐침(270)으로 전기적 신호를 측정할 경우 제1 탄소 전극(230)이 없이 측정 실험을 수행할 수도 있다. 이와 유사하게 상기 탐침(270)과 함께 상기 제1 전극(230)을 통해 전기적 신호를 측정할 수도 있다. 이와 같이 제1 탄소 전극(230) 또는 제2 탄소 전극(240)과 탄소 와이어(250)가 형성된 바이오 센서(200)에 탐침(270)이 구비되도록 하여 바이오 센터(200)의 활용도가 향상될 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
120: 절연층 135: 제1 전극영역
145: 제2 전극영역 150: 마이크로 포토레지스트 와이어
230: 제1 탄소 전극 240: 제2 탄소 전극
250: 탄소 와이어 270: 탐침
145: 제2 전극영역 150: 마이크로 포토레지스트 와이어
230: 제1 탄소 전극 240: 제2 탄소 전극
250: 탄소 와이어 270: 탐침
Claims (8)
- (a) 실리콘 기판 상측의 1차 전극영역 및 복수의 2차 전극영역을 포함하는 전극영역에 절연층을 형성하는 단계;
(b) 상기 절연층 상에 1차 포토레지스트를 코팅하는 단계;
(c) 1차 포토마스크를 통하여 상기 1차 전극영역을 1차 노광하는 단계;
(d) 상기 1차 전극영역을 제외한 나머지 부분을 현상하여 제거하는 단계;
(e) 상기 (d) 단계 후 상기 1차 전극영역 및 상기 절연층 상부에 2차 포토레지스트를 코팅하는 단계;
(f) 상기 2차 전극영역을 2차 포토마스크를 통하여 2차 노광하는 단계;
(g) 상기 2차 전극영역 사이의 포토레지스트 상부를 와이어 형태의 포토마스크를 통하여 상기 2차 전극영역을 연결하는 마이크로 사이즈의 와이어 형태로 3차 노광하는 단계;
(h) 상기 (c), (f) 및 (g) 단계에 노광된 부분을 제외한 나머지 부분의 포토레지스트를 현상 제거하는 단계;
(i) 상기 1차 및 2차 전극영역 및 상기 와이어를 열분해하여 탄소 전극과 상기 탄소 전극 방향으로 돌출된 탐침이 형성된 탄소 와이어를 형성하는 단계; 및
(j) 상기 탄소 와이어 상에 패시베이션층을 형성하는 단계를 포함하는 바이오센서 제조 방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 (g) 단계는,
상기 1차 전극영역은 상기 2차 전극영역을 연결하는 상기 와이어 하부에 형성되는 바이오센서 제조 방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 (i) 단계에서 상기 탄소 와이어는 메시(mesh)형상 또는 허니콤(honey comb)형상인 바이오센서 제조 방법.
- 청구항 3에 있어서,
상기 (i) 단계에서,
상기 탄소 와이어는 교차되는 중첩영역을 구비하며, 상기 탐침은 상기 중첩영역에 형성되는 바이오센서 제조 방법.
- 청구항 4에 있어서,
상기 (i) 단계에서,
상기 탐침이 상기 탄소 와이어 외부로 돌출되도록 상기 탄소 전극 및 상기 탄소 와이어를 번복(飜覆)하는 단계를 더 포함하는 바이오센서 제조 방법.
- (a) 제1 전극영역, 복수의 제2 전극영역을 포함하며, 절연 물질로 이루어진 기판을 준비하는 단계;
(b) 상기 기판 상에 1차 포토레지스트를 코팅하는 단계;
(c) 1차 포토마스크를 통하여 상기 제1 전극영역을 1차 노광하는 단계;
(d) 상기 제1 전극영역을 제외한 나머지 부분을 현상하여 제거하는 단계;
(e) 상기 (d) 단계 후 상기 제1 전극영역 및 상기 기판 상부에 2차 포토레지스트를 코팅하는 단계;
(f) 상기 제2 전극영역을 2차 포토마스크를 통하여 2차 노광하는 단계;
(g) 상기 제2 전극영역 사이의 포토레지스트 상부를 와이어 형태의 포토마스크를 통하여 상기 제2 전극영역을 연결하는 마이크로 사이즈의 와이어 형태로 3차 노광하는 단계;
(h) 상기 (c), (f) 및 (g) 단계에 노광된 부분을 제외한 나머지 부분의 포토레지스트를 현상 제거하는 단계; 및
(i) 상기 제1 및 제2 전극영역 및 상기 와이어를 열분해하여 탄소 전극과 탄소 와이어를 형성하는 단계를 포함하는 바이오 센서 제조 방법.
- 절연층을 포함하는 기판 상측에 구비되는 제1 탄소 전극;
상기 제1 탄소 전극과 소정 간격 이격되되 상기 제1 탄소 전극의 외주변을 따라 구비되는 제2 탄소 전극; 및
상기 제2 탄소 전극 상부를 연결하되 상기 제1 탄소 전극 상부에 구비되며, 상기 제1 탄소 전극 방향으로 돌출된 탐침이 형성된 탄소 와이어를 포함하는 바이오 센서.
- 절연층을 포함하는 기판 상측에 구비되는 복수개의 탄소 전극;
상기 탄소 전극 상부를 연결하되, 하측 또는 상측 방향으로 돌출된 탐침이 형성된 탄소 와이어를 포함하는 바이오 센서.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020110145006A KR101295399B1 (ko) | 2011-12-28 | 2011-12-28 | 바이오 센서 및 그 제조 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020110145006A KR101295399B1 (ko) | 2011-12-28 | 2011-12-28 | 바이오 센서 및 그 제조 방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20130076422A KR20130076422A (ko) | 2013-07-08 |
| KR101295399B1 true KR101295399B1 (ko) | 2013-08-09 |
Family
ID=48990019
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020110145006A KR101295399B1 (ko) | 2011-12-28 | 2011-12-28 | 바이오 센서 및 그 제조 방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101295399B1 (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104627957A (zh) * | 2015-02-12 | 2015-05-20 | 武汉理工大学 | 一种热解碳微结构电极的制作工艺及其电性能表征方法 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102125278B1 (ko) * | 2013-09-02 | 2020-06-22 | 에스케이이노베이션 주식회사 | 가스센서 및 그 제조방법 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20050095742A (ko) * | 2004-03-27 | 2005-09-30 | 한국과학기술원 | 포토리쏘그래피법과 드라이 에칭법을 이용한 탄소나노튜브다층막 패턴의 제조방법 |
| KR20090094631A (ko) * | 2008-03-03 | 2009-09-08 | 한국과학기술연구원 | 바이오 센서 소자 및 제조 방법 |
| KR20110112327A (ko) * | 2009-01-09 | 2011-10-12 | 미쓰미덴기가부시기가이샤 | 전계 효과 트랜지스터, 그 제조 방법 및 바이오센서 |
-
2011
- 2011-12-28 KR KR1020110145006A patent/KR101295399B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20050095742A (ko) * | 2004-03-27 | 2005-09-30 | 한국과학기술원 | 포토리쏘그래피법과 드라이 에칭법을 이용한 탄소나노튜브다층막 패턴의 제조방법 |
| KR20090094631A (ko) * | 2008-03-03 | 2009-09-08 | 한국과학기술연구원 | 바이오 센서 소자 및 제조 방법 |
| KR20110112327A (ko) * | 2009-01-09 | 2011-10-12 | 미쓰미덴기가부시기가이샤 | 전계 효과 트랜지스터, 그 제조 방법 및 바이오센서 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104627957A (zh) * | 2015-02-12 | 2015-05-20 | 武汉理工大学 | 一种热解碳微结构电极的制作工艺及其电性能表征方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20130076422A (ko) | 2013-07-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Li et al. | 2D material chemistry: graphdiyne-based biochemical sensing | |
| Yang et al. | Co3O4–Au polyhedra: a multifunctional signal amplifier for sensitive photoelectrochemical assay | |
| Ramgir et al. | Nanowire‐based sensors | |
| CN103901089B (zh) | 检测神经细胞电生理信号的传感器及制作方法和检测方法 | |
| Li et al. | Advances in nanowire transistor‐based biosensors | |
| Yang et al. | Sudoku-like lab-on-paper cyto-device with dual enhancement of electrochemiluminescence intermediates strategy | |
| JP5660533B2 (ja) | 電流検出装置 | |
| CN108226258B (zh) | 一种检测羟基自由基的场效应传感器及其制备方法 | |
| KR101403406B1 (ko) | 공중부유형 탄소 나노와이어 기반 가스센서 및 온도센서 제조방법 | |
| KR101371824B1 (ko) | 바이오 센서 제조방법 | |
| Gao et al. | based constant potential electrochemiluminescence sensing platform with black phosphorus as a luminophore enabled by a perovskite solar cell | |
| JP2010151540A (ja) | センサデバイス | |
| JP2017526915A (ja) | センシング装置 | |
| Xing et al. | Addressable label-free photoelectric sensor array with self-calibration for detection of neuron specific enolase | |
| KR101295399B1 (ko) | 바이오 센서 및 그 제조 방법 | |
| KR102125278B1 (ko) | 가스센서 및 그 제조방법 | |
| Li et al. | Interface engineering of Si hybrid nanostructures for chemical and biological sensing | |
| Tabatabaei et al. | High‐performance immunosensor for urine albumin using hybrid architectures of ZnO nanowire/carbon nanotube | |
| KR20090060635A (ko) | 나노입자를 이용한 바이오 센서 및 그 제조 방법 | |
| Gupta et al. | Design and development of a portable resistive sensor based on α‐MnO2/GQD nanocomposites for trace quantification of Pb (II) in water | |
| JP5903872B2 (ja) | トランジスタ型センサ、およびトランジスタ型センサの製造方法 | |
| Chakraborty et al. | Competitive Impedance Spectroscopy in a Schottky-Contacted ZnO Nanorod Structure for Ultrasensitive and Specific Biosensing in a Physiological Analyte | |
| Duan et al. | Geometry-on-demand fabrication of conductive microstructures by photoetching and application in hemostasis assessment | |
| Gross et al. | Microfabricated electrochemical gas sensor | |
| KR101372172B1 (ko) | 바이오센서의 제조 방법 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20160706 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20170707 Year of fee payment: 5 |