KR101309452B1 - 플렉시블 미세 유체관의 제조방법 - Google Patents

플렉시블 미세 유체관의 제조방법 Download PDF

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한양대학교 산학협력단
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Abstract

미세 유체관의 제조방법을 제공한다. 미세 유체관의 제조방법은 기판 상에 하부 광투과 폴리머층, 광경화 폴리머층 및 상부 광투과 폴리머층을 순차적으로 형성하고, 상부 광투과 폴리머층 상의 일부 영역에 마스크막을 배치한 후, 상기 상부 광투과 폴리머층을 통해 상기 광경화 폴리머층에 광을 조사하여 마스크막 하부에 위치하는 광경화 폴리머층의 일부 영역을 제외한 나머지 영역을 경화시키고, 미경화된 광경화 폴리머층의 일부 영역을 제거하여 간단하고 용이하게 미세 유로를 형성할 수 있다. 또한, 미세 유체관은 폴리머의 광학적 성질을 이용하여 형성되므로, 플렉시블한 특성을 가져, 표면 굴곡이 존재하는 기판에도 적용 가능하다. 나아가, 하부 광투과 폴리머층 상에 배치된 광경화 폴리머층에 미세 유로가 형성되므로, 별도의 기판 접합 공정이 불필요하여 구조적 안정성이 확보되고, 유체의 누수 현상이 방지될 수 있다.

Description

플렉시블 미세 유체관의 제조방법{Method for fabricating flexible micro-fluidic channel}
본 발명은 미세 유체관의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 플렉시블 미세 유체관의 제조방법에 관한 것이다.
미세 유체관은 랩온어칩(lab-on-a-chip) 등 바이오 기반 또는 화학 기반 마이크로 칩의 기본 구성요소이다. 미세 유체관은 수백 나노미터에서 수 밀리미터의 직경을 가지고, 바이오 물질 또는 화학 물질 등을 포함하는 유체의 이동을 가능하게 한다. 미세 유체관은 마이크로 펌프, 마이크로 밸브, 마이크로 믹서 등에 포함될 뿐 아니라, 검출 및 분석을 수행할 수 있는 마이크로 칩 내에 포함될 수 있다.
대한민국 등록특허 제10-0460769호에서는 스크린프린트법을 이용한 바이오마이크로시스템용 미세유체 흐름관 제작 방법에 대해 개시한다. 상기 제작 방법은, PDMS(polydimethylsioxane)에 LCD용 스페이서를 혼합한 실리콘, 유리, 플라스틱 재료의 기판을 제작한 후, 상기 기판을 스크린프린트 장비에 장착하는 단계, 상기 기판을 스크린프린터로 인쇄한 후 기판에 효소와 생화학물질로 고정화하는 효소 고정화 단계, PDMS에 LCD용 스페이서를 혼합하고 스크린프린팅하여 마이크로 채널을 제작하는 PDMS 도포 단계 및 상기 PDMS 도포한 기판 상부에 또 다른 실리콘, 유리, 플라스틱 재료의 기판을 접합하고 경화하는 단계를 포함한다.
또한, 대한민국 공개특허 제10-2011-0107255호에서는 미세유체 제어 장치 및 그 제조 방법에 대해 개시한다. 상기 제조 방법은, 다단 미세 패턴을 갖는 몰드를 형성하는 단계, 상기 몰드의 다단 미세 패턴을 유로 기판에 전사하여 적어도 두가지 이상의 깊이를 갖는 다단의 미세 채널을 형성하는 단계 및 상기 다단의 미세 채널이 형성된 유로 기판과 하부 기판을 접합시키는 단계를 포함한다.
상술한 바와 같이, 상기 특허문헌들은 마이크로 채널 또는 다단의 미세 채널이 형성된 기판을 별도의 기판에 접합하는 단계를 포함한다. 통상적으로, 상기 접합은 점착제를 이용하거나, 플라즈마 또는 초음파를 이용하여 수행될 수 있다. 그러나, 안정적인 접합이 어려워 미세 유체관을 통해 이동하는 유체의 누수 현상이 발생하는 문제점이 있었다. 따라서, 양 기판 접합의 신뢰도 유지를 위해 부가적인 연구가 수행되어야 하는 문제점이 있었다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 상, 하부 광투과 폴리머층 사이에 광경화 폴리머층이 개재된 적층 구조를 채용하고, 1회의 광학 리소그래피 공정을 이용하여 구조적 안정성이 확보되고, 공정이 간소화될 수 있는 미세 유체관의 제조방법을 제공함에 있다.
상기 과제를 이루기 위하여 본 발명의 일 측면은 미세 유체관의 제조방법을 제공한다. 상기 제조방법은, 기판 상에 하부 광투과 폴리머층, 광경화 폴리머층 및 상부 광투과 폴리머층을 순차적으로 형성하는 단계; 상기 상부 광투과 폴리머층 상의 일부 영역에 마스크막을 배치하는 단계; 상기 상부 광투과 폴리머층을 통해 상기 광경화 폴리머층에 광을 조사하여 상기 마스크막 하부에 위치하는 상기 광경화 폴리머층의 일부 영역을 제외한 나머지 영역을 경화시키는 단계; 및 상기 마스크막 하부에 위치하여 미경화된 상기 광경화 폴리머층의 일부 영역을 제거하여 미세 유로를 형성하는 단계를 포함한다.
상기 순차적으로 형성되는 하부 광투과 폴리머층, 광경화 폴리머층 및 상부 광투과 폴리머층 각각은 스핀 코팅 후 열처리하여 형성될 수 있다.
상기 하부 광투과 폴리머층과 상부 광투과 폴리머층의 열처리 온도는, 상기 광경화 폴리머층의 열처리 온도와 동일하거나, 상기 광경화 폴리머층의 열처리 온도보다 높을 수 있다.
상기 순차적으로 형성되는 하부 광투과 폴리머층, 광경화 폴리머층 및 상부 광투과 폴리머층 각각은 스핀 코팅 후 열처리하기 전, 또는 열처리 후에 15℃ ∼ 20℃에서 방냉할 수 있다.
상기 광경화 폴리머층은 자외선 파장 영역의 광을 조사하면 경화되는 폴리머층일 수 있고, 상기 상부 광투과 폴리머층은 자외선 파장 영역의 광을 투과하는 폴리머층일 수 있다.
상기 하부 광투과 폴리머층 및 상부 광투과 폴리머층은 PDMS를 함유하고, 상기 광경화 폴리머층은 SU8을 함유할 수 있다.
상기 마스크막 하부에 위치하여 미경화된 상기 광경화 폴리머층의 일부 영역을 제거하여 미세 유로를 형성하는 단계 이후에, 상기 기판을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 미세 유체관의 제조방법에 따르면, 기판 상에 하부 광투과 폴리머층/광경화 폴리머층/상부 광투과 폴리머층을 순차 적층하고, 광학 리소그래피 공정을 단 1회 실시하여 공정이 간소화되고, 제조 비용이 절감될 수 있다.
또한, 하부 광투과 폴리머층 상에 배치된 광경화 폴리머층 내에 미세 유로가 형성되므로, 별도의 기판 접합 공정이 불필요하여 구조적으로 안정되고, 유체의 누수 현상이 방지될 수 있다.
나아가, 미세 유체관은 폴리머로 구성되므로, 플렉시블한 특성을 가져, 표면 굴곡이 존재하는 기판 상에도 사용할 수 있다.
본 발명의 기술적 효과들은 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1a 내지 도 1d는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 유체관의 제조방법을 나타내는 공정도들이다.
도 2a 내지 도 2f는 본 발명의 일 실시예에 따른 현상 단계를 거쳐 제조된 미세 유체관을 나타내는 광학 현미경 사진들이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수 있으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에서 층이 다른 층 또는 기판 "상"에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 층 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나, 그들 사이에 제3의 층이 개재될 수도 있다. 또한, 본 명세서에서 위쪽, 상(부), 상면 등의 방향적인 표현은 그 기준에 따라 아래쪽, 하(부), 하면 등의 의미로 이해될 수 있다. 즉, 공간적인 방향의 표현은 상대적인 방향으로 이해되어야 하며 절대적인 방향을 의미하는 것으로 한정 해석되어서는 안 된다.
도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장 또는 생략된 것일 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1a 내지 도 1d는 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 유체관의 제조방법을 나타내는 단면도들이다.
도 1a를 참조하면, 기판(10) 상에 하부 광투과 폴리머층(20), 광경화 폴리머층(30) 및 상부 광투과 폴리머층(40)이 순차 적층될 수 있다. 각 폴리머층(20, 30, 40)은 플렉시블한 특성을 가진다. 따라서, 상기 적층 구조를 통해 제조되는 미세 유체관은 플렉시블하므로, 표면 굴곡이 존재하는 기판 상에 접착하여 사용할 수 있는 이점이 있다.
상기 기판(10)은 무기물을 함유하는 기판일 수 있다. 예컨대, 상기 기판(10)은 실리콘 기판, 쿼츠 기판 또는 유리 기판일 수 있다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니며, 유연한 고분자 기판일 수도 있다. 상기 기판(10)은, 그 상부에 형성되는 복수의 폴리머층(20, 30, 40)의 변형이 방지될 수 있도록, 무기물 기판인 것이 보다 바람직하다. 상기 기판(10)은 추후, 미세 유체 소자 등에 적용시 제거될 수 있다.
상기 기판(10) 상에 하부 광투과 폴리머층(20)을 형성한다. 상기 하부 광투과 폴리머층(20)은 상기 기판(10)의 제거시, 후술하는 미세 유로가 형성되는 광경화 폴리머층(30)을 지지할 수 있다. 따라서, 상기 광경화 폴리머층(30)을 별도의 기판에 접합하는 공정이 불필요하여, 상기 접합 공정시 발생하는 균열 등에 의해 유체의 누수가 발생하는 문제점을 개선할 수 있다. 또한, 상기 하부 광투과 폴리머층(20)은 유연한 특성을 가져, 플렉시블 소자에 적용될 수 있다.
예컨대, 상기 하부 광투과 폴리머층(20)은 PDMS(polydimethylsiloxane), PMMA(polymethylmethacrylate), PC(polycarbonate), PA(polyamide), PE(polyethylene), PI(polyimide), PP(polypropylene), PS(polystyrene), PES(polyethylenephthalate), PET(polyethylenephthalate), PTFE(polytetrafluoroethylene), PVC(polyvinylchloride) 또는 PVDF(polyvinylidene fluoride)를 함유할 수 있다.
상기 하부 광투과 폴리머층(20)은 스핀 코팅 후, 열처리하여 형성할 수 있다. 이 때, 스핀 코팅시 코팅 속도, 시간 등의 공정 조건을 조절하여 상기 하부 광투과 폴리머층(20)의 두께를 조절할 수 있다.
일 예로, 상기 하부 광투과 폴리머층(20)은 경화제가 함유된 폴리머 용액을 상기 기판(10) 상에 스핀 코팅한 후, 열처리를 통해 상기 폴리머 용액을 경화시켜 형성할 수 있다. 상기 열처리는 큐어링(curing)일 수 있다.
상기 열처리 후, 상온에서 방냉(relaxation)하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방냉은 60분 이상 수행되는 것이 바람직하다. 이 경우, 큐어링시 발생할 수 있는 상기 하부 광투과 폴리머층(20)의 수축 현상이 완화될 수 있다. 따라서, 비교적 평탄화된 표면을 가지는 상기 하부 광투과 폴리머층(20) 상에 광경화 폴리머층(30)이 형성되므로, 층간 접합부가 밀착되어 접착력이 향상될 수 있다. 이 경우, 상기 광경화 폴리머층(30) 내에 형성되는 미세 유로를 통해 흐르는 유체의 누수 현상이 방지될 수 있다.
상기 하부 광투과 폴리머층(20) 상에 광경화 폴리머층(30)을 형성한다. 상기 광경화 폴리머층(30)은 특정 파장 영역의 광을 조사하는 경우, 경화되는 물질을 함유할 수 있다. 일 예로, 상기 파장 영역은 10nm ∼ 400nm을 포함하는 자외선 영역일 수 있다. 상기 자외선 영역의 광이 조사되는 경우, 상기 광경화 폴리머층(30)은 경화될 수 있다. 일 예로, 상기 광경화 폴리머층(30)은 SU8을 함유할 수 있다. 이 때, 상기 광경화 폴리머층(30) 상의 일부 영역만을 경화시킬 수 있다. 이는, 상기 광경화 폴리머층(30)으로 조사되는 광을 차단하는 특정 수단에 의해 달성될 수 있다.
상기 광경화 폴리머층(30)은 스핀 코팅 후, 열처리하여 형성할 수 있다. 이 때, 스핀 코팅시의 코팅 속도, 시간 등의 공정 조건을 조절하여 상기 광경화 폴리머층(30)의 두께를 조절할 수 있다.
일 예로, 상기 광경화 폴리머층(30)은 광경화 폴리머 재료가 용매에 분산된 폴리머 용액을 상기 하부 광투과 폴리머층(20) 상에 스핀 코팅한 후, 열처리하여 형성할 수 있다.
상기 스핀 코팅은 3단계에 걸쳐 수행될 수 있다. 제1 단계에서 제3 단계로 갈수록 코팅 속도는 빠르게 설정할 수 있다. 제1 단계의 스핀 코팅을 통해 상기 폴리머 용액을 상기 하부 광투과 폴리머층(20) 상에 넓게 분산시킬 수 있다. 또한, 제2 단계의 스핀 코팅을 통해 상기 폴리머 용액을 균일하게 도포할 수 있다. 또한, 제3 단계의 스핀 코팅을 통해 상기 광경화 폴리머층(30)의 두께를 최대한 얇게 형성할 수 있다.
상기 스핀 코팅 후, 상온에서 방냉하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방냉은 10분 이상 수행되는 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 하부 광투과 폴리머층(20) 상에 광경화 폴리머 용액이 보다 균일하게 코팅되어, 상기 하부 광투과 폴리머층(20)과의 접착력이 향상될 수 있다.
상기 열처리는 소프트베이킹(softbaking)일 수 있다. 상기 광경화 폴리머층(30)의 열처리 온도는 상기 하부 광투과 폴리머층(20)의 열처리 온도와 같거나, 이보다 높은 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 광경화 폴리머층(30)의 열처리시, 기 형성된 상기 하부 광투과 폴리머층(20)에 가해지는 표면 스트레스가 감소될 수 있다. 따라서, 상기 하부 광투과 폴리머층(20)과 광경화 폴리머층(30)의 층간 분리가 억제되고, 양자의 접착력이 향상될 수 있다. 이 경우, 상기 광경화 폴리머층(30) 내에 형성되는 미세 유로를 통해 흐르는 유체의 누수 현상이 방지될 수 있다. 상기 열처리 후, 상온에서 방냉하는 단계를 더 포함할 수도 있다.
상기 광경화 폴리머층(30) 상에 상부 광투과 폴리머층(40)을 형성한다. 상기 상부 광투과 폴리머층(40)은 특정 파장 영역의 광을 투과하는 물질을 함유할 수 있다. 상기 상부 광투과 폴리머층(40)은 상기 광경화 폴리머층(30)을 경화시킬 수 있는 파장 영역의 광을 투과할 수 있다. 일 예로, 상기 파장 영역은 10nm ∼ 400nm을 포함하는 자외선 영역일 수 있다. 또한, 상기 상부 광투과 폴리머층(40)은 가시광선 파장 영역의 광을 투과하는 물질을 함유할 수 있다. 이 경우, 가시광선 파장 영역의 광을 사용하는 광학 현미경으로 관찰이 가능한 이점이 있다. 상기 상부 광투과 폴리머층(40)은 90% 이상의 광투과율을 가지는 것이 바람직하다.
일 예로, 상기 상부 광투과 폴리머층(40)은 PDMS(polydimethylsiloxane)를 함유할 수 있다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니며, 특정 파장 영역의 광에서 높은 광투과율을 가지는 물질을 함유할 수 있다. 이 때, 상기 특정 파장 영역은 상기 광경화 폴리머층(30)을 경화시킬 수 있는 파장 영역일 수 있다.
상기 상부 광투과 폴리머층(40)은 상기 하부 광투과 폴리머층(20)과 동일한 물질을 함유할 수 있다.
상기 상부 광투과 폴리머층(40)은 스핀 코팅 후, 열처리하여 형성할 수 있다. 이 때, 스핀 코팅시 코팅 속도, 시간 등의 공정 조건을 조절하여 상기 상부 광투과 폴리머층(40)의 두께를 조절할 수 있다.
일 예로, 상기 상부 광투과 폴리머층(40)은 경화제가 함유된 폴리머 용액을 상기 광경화 폴리머층(30) 상에 스핀 코팅한 후, 열처리를 통해 상기 폴리머 용액을 경화시켜 형성할 수 있다. 상기 열처리는 큐어링(curing)일 수 있다. 상기 열처리 후, 상온에서 방냉하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방냉은 60분 이상 수행될 수 있다. 이 경우, 큐어링시 발생할 수 있는 상기 상부 광투과 폴리머층(20)의 수축 현상이 완화될 수 있다. 따라서, 비교적 평탄화된 표면을 가지는 상기 상부 광투과 폴리머층(40)이 상기 광경화 폴리머층(30) 상에 형성되므로, 층간 접합부가 밀착되어 접착력이 향상될 수 있다. 이 경우, 상기 광경화 폴리머층(30) 내에 형성되는 미세 유로를 통해 흐르는 유체의 누수 현상이 방지될 수 있다.
도 1b를 참조하면, 상부 광투과 폴리머층(40) 상의 일부 영역에 마스크막(50)을 배치할 수 있다. 상기 마스크막(50)은 광을 차단할 수 있다. 따라서, 광이 조사되는 경우, 상기 마스크막(50)이 배치된 일부 영역에 대응하는 광경화 폴리머층(30)의 일부 영역은 미경화될 수 있다. 상기 마스크막(50)은 형성하고자 하는 미세 유로의 형상을 가질 수 있다. 따라서, 상기 마스크막(50)의 폭에 따라 미세 유로의 폭이 결정될 수 있다.
상기 마스크막(50)은 포토 마스크일 수 있다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니며, 광학 리소그래피의 종류에 따라 상기 마스크막(50)의 재질은 다양하게 변화시킬 수 있다.
도 1c를 참조하면, 광경화 폴리머층(30)에 광을 조사하여 노광할 수 있다. 상기 광은 상부 광투과 폴리머층(40)을 투과하여 상기 광경화 폴리머층(30)에 조사될 수 있다. 상기 노광 시간은 60초 ∼ 100초인 것이 바람직하다. 상기 노광을 통해 마스크막(50)의 하부에 위치하는 상기 광경화 폴리머층(30)의 일부 영역을 제외한 나머지 영역이 경화될 수 있다. 즉, 상기 일부 영역은 미경화 영역(30b)이고, 상기 나머지 영역은 경화 영역(30a)일 수 있다. 상기 미경화 영역(30b)은 마스크막(50)에 의해 광이 차단된 영역일 수 있다. 이 경우, 상기 미경화 영역(30b)은 상부 광투과 폴리머층(40) 상에 배치된 마스크막(50)에 대응하는 영역일 수 있다.
상기 광은 상기 상부 광투과 폴리머층(40)은 투과하고, 상기 광경화 폴리머층(30)은 경화시킬 수 있는 파장 영역을 가질 수 있다. 일 예로, 상기 파장 영역은 10nm ∼ 400nm을 포함하는 자외선 영역일 수 있다.
도 1d를 참조하면, 광경화 폴리머층(30)의 미경화 영역(30b)을 제거하여 미세 유로(32)를 형성할 수 있다. 일 예로, 생검 펀치(biopsy punch)를 이용하여 상기 미경화 영역(30b)의 양단을 개방한 후, 현상액에 함침할 수 있다. 상기 현상액은 상기 미경화 영역(30b)의 양단을 통해 투입되어, 상기 미경화 영역(30b) 내에 존재하는 미경화된 폴리머 재료를 용해할 수 있다. 이후, 초음파 교반을 이용하여 상기 미경화 영역(30b) 내에서 상기 현상액으로 제거되지 않은 부분을 더 제거할 수 있다.
상기 현상 시간은 상기 노광 시간에 따라 다양하게 조절될 수 있다. 일 예로, 노광 시간이 60초 ∼ 100초인 경우, 상기 현상 시간은 20초 ∼ 40초인 것이 바람직하다. 이후, 상기 미경화 영역(30b) 내에 잔존하는 현상액을 제거하기 위해 세척하는 단계를 포함할 수 있다. 일 예로, 상기 세척은 이소프로필 알콜(isopropyl alcohol,IPA)을 사용하여 복수회 수행될 수 있다.
도 1a 내지 도 1d의 단계들을 통하여 상, 하부 광투과 폴리머층(20, 40) 사이에 형성된 미세 유로(32)를 포함하는 미세 유체관은 플렉시블한 특성을 가져, 표면 굴곡이 존재하는 기판 상에 적용 가능한 이점이 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위해 바람직한 실험예(example)를 제시한다. 다만, 하기의 실험예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명이 하기의 실험예에 의해 한정되는 것은 아니다.
실험예
실리콘 기판 상에 10μm의 PDMS층을 형성하였다. 상기 PDMS층은, PDMS 용액과 경화제를 15:1로 혼합하고, 이를 교반한 후, 20분간 진공 상태에 두어 버블을 제거한 혼합물을 실리콘 기판 상에 붓고, 스핀 코팅하여 형성하였다. 상기 스핀 코팅은 2500rpm의 코팅 속도로 10분간 수행하였다. 이후, 85℃에서 2시간 열처리하고, 1시간 동안 상온(room temperature)에 방냉하였다. 상기 PDMS층 상에 25μm의 SU8층을 형성하였다. 상기 SU8층은 SU8-2025 용액을 스핀 코팅하여 형성하였다. 상기 스핀 코팅은 4500rpm의 코팅 속도로 1시간 수행하였다. 이후, 10분간 상온에서 방냉하고, 95℃에서 10분간 열처리하였다. 상기 SU8층 상에 10μm의 PDMS층을 형성하였다. 상기 PDMS층 형성방법은 상술한 PDMS층의 형성방법과 동일하다. 이후, 60초 동안 365nm의 파장을 가지는 150mJ/cm2의 UV광을 조사하여 노광하고, 95℃에서 5분간 PEB(post exposure baking)를 수행하였다. 이후, 생검 펀치(biopsy punch)를 이용하여 양단을 개방한 후, 현상액에 30분간 소킹(soaking)하였다. 이후, 이소프로필알콜(IPA)로 6회 린싱(rinsing)하고, 질소 세척하였다.
코팅 속도(rpm) 시간(분) 두께(μm)
2500 10 10 ∼12
3500 5 13∼ 15
4500 2.5 14 ∼16
5500 1 14 ∼16
표 1은 스핀 코팅 속도 및 시간에 따른 상부 또는 하부 PDMS층의 두께 변화를 나타내는 표이다.
표 1을 참조하면, 스핀 코팅 장비의 분당 회전수(rpm)를 크게 하여 스핀 코팅 속도를 증가시키는 경우, 동일한 두께를 형성하기 위해 보다 짧은 시간이 소요됨을 확인할 수 있다. 따라서, 스핀 코팅 속도, 시간 등의 공정 조건을 조절하여 상부 또는 하부 PDMS층의 두께를 조절할 수 있다. 상기 상부 또는 하부 PDMS층의 두께는 10μm ∼ 20μm인 것이 바람직하다.
PDMS층의 열처리 온도(℃)
SU8층의 열처리 온도(℃) 65 75 85 95
65 △ Ｘ Ｘ Ｘ
75 Ｏ △ Ｘ Ｘ
85 Ｏ Ｏ △ Ｘ
95 Ｏ Ｏ Ｏ △
(Ｘ: 접착력 불량, △: 접착력 양호, Ｏ: 접착력 우수)
표 2는 하부 PDMS층의 열처리 온도와, 상기 하부 PDMS층 상에 형성되는 SU8층의 열처리 온도에 따른 층간 접착력을 나타내는 표이다.
표 2를 참조하면, SU8층의 열처리 온도가 하부 PDMS층의 열처리 온도와 동일하거나, 이보다 높은 경우 층간 접착력이 양호하거나 우수함을 확인할 수 있다. 이는 SU8층의 열처리시 기 형성된 PDMS층에 가해지는 표면 스트레스가 감소되기 때문인 것으로 풀이된다. 따라서, SU8층과 하부 PDMS층의 층간 분리가 억제되고, 접착력이 향상될 수 있다.
PDMS층의 방냉(Relaxation) 시간(min) SU8층의 상태
10 표면이 불균일하고, SU8층의 일부 박리됨.
30 표면이 불균일하고, SU8층의 모서리 부분이 박리됨.
60 표면이 평탄함
표 3은 PDMS층의 열처리 후 방냉 시간에 따라, 상기 PDMS층 상에 형성되는 SU8층의 상태를 나타내는 표이다.
표 3을 참조하면, PDMS층의 방냉 시간이 비교적 짧은 경우, 표면이 불균일하고, 일부가 박리된 SU8층이 형성되는 것을 확인할 수 있다. 일 예로, PDMS층의 방냉 시간은 60분 이상인 것이 바람직하다. 이 경우, 열처리시 발생할 수 있는 상기 PDMS층의 수축 현상이 완화될 수 있다. 따라서, 비교적 평탄화된 표면을 가지는 상기 PDMS층 상에 상기 SU8층이 형성되므로, 층간 접합부가 밀착되어 층간 접착력이 향상될 수 있다.
도 2a 내지 도 2f는 본 발명의 일 실시예에 따른 현상 단계를 거쳐 제조된 미세 유체관을 나타내는 이미지들이다.
도 2a를 참조하면, 현상액이 유입되기 전, 일정 거리 이격되어 반복 형성된 복수의 경화 영역(30a)의 주위를 둘러싸는 미경화 영역(30b)을 확인할 수 있다.
도 2b 및 도 2c를 참조하면, 미경화 영역(30b) 내로 현상액이 유입되어, 상기 미경화 영역(30b) 내에 존재하는 폴리머 재료가 용해되기 시작하는 것을 확인할 수 있다.
도 2d 및 도 2e를 참조하면, 현상액이 미경화 영역(30b) 내에 채워지고, 상기 미경화 영역(30b) 내에 존재하는 폴리머 재료들이 상기 현상액에 용해되는 것을 확인할 수 있다. 이 때, 유입되는 현상액의 양이 증가함에 따라 용해될 수 있는 폴리머 재료들의 양이 점차 감소하는 것을 확인할 수 있다.
도 2f를 참조하면, 현상 단계가 완료되어 복수의 경화 영역(30a) 사이에 미세 유로(32)가 형성됨을 확인할 수 있다.
10: 기판 20: 하부 광투과 폴리머층
30: 광경화 폴리머층 32: 미세 유로
40: 상부 광투과 폴리머층 50: 마스크막

Claims (8)

  1. 기판 상에 폴리머를 포함하는 하부 광투과 폴리머층, 광경화 폴리머층 및 상부 광투과 폴리머층을 순차적으로 스핀코팅 후 열처리하여 형성하는 단계;
    상기 상부 광투과 폴리머층 상의 일부 영역에 마스크막을 배치하는 단계;
    상기 상부 광투과 폴리머층을 통해 상기 광경화 폴리머층에 광을 조사하여 상기 마스크막 하부에 위치하는 상기 광경화 폴리머층의 일부 영역을 제외한 나머지 영역을 경화시키는 단계; 및
    상기 마스크막 하부에 위치하여 미경화된 상기 광경화 폴리머층의 일부 영역을 제거하여 미세 유로를 형성하는 단계를 포함하며,
    상기 하부 광투과 폴리머층과 상부 광투과 폴리머층의 열처리 온도는, 상기 광경화 폴리머층의 열처리 온도와 동일하거나, 상기 광경화 폴리머층의 열처리 온도보다 높고,
    상기 하부 광투과 폴리머층과 상부 광투과 폴리머층의 열처리 후 방냉시간은 60분 이상인 것인, 플렉시블 미세 유체관의 제조방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 순차적으로 형성되는 하부 광투과 폴리머층, 광경화 폴리머층 및 상부 광투과 폴리머층 각각은 스핀 코팅 후 열처리하기 전, 또는 열처리 후에 15℃ ∼ 20℃에서 방냉하는 플렉시블 미세 유체관의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 광경화 폴리머층은 자외선 파장 영역의 광을 조사하면 경화되는 폴리머층인 플렉시블 미세 유체관의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 상부 광투과 폴리머층은 자외선 파장 영역의 광을 투과하는 폴리머층인 플렉시블 미세 유체관의 제조방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 하부 광투과 폴리머층 및 상부 광투과 폴리머층은 PDMS를 함유하고, 상기 광경화 폴리머층은 SU8을 함유하는 플렉시블 미세 유체관의 제조방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 마스크막 하부에 위치하여 미경화된 상기 광경화 폴리머층의 일부 영역을 제거하여 미세 유로를 형성하는 단계 이후에, 상기 기판을 제거하는 단계를 더 포함하는 플렉시블 미세 유체관의 제조방법.
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