KR101444991B1 - Membrane having cylinderical penetration channel and method of manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

원통형 투과 채널을 구비하는 분리막 및 이의 제조방법이 개시된다. 본 발명에 의한 분리막은 복수개의 기공이 형성된 지지 기판, 상기 지지 기판 상에 형성되는 투과층을 포함하고, 상기 투과층은 상기 투과층을 관통하는 균일한 크기의 복수개의 원통형 투과 채널을 포함함으로써 분리막 내의 유체 저항을 감소시켜 투과도 및 분리 효율이 증대된다. 또한, 본 발명에 의한 원통형 투과 채널을 구비하는 분리막의 제조방법은 희생 기판, 희생층 및 투과층이 순차로 적층된 구조체를 제공하는 단계, 상기 투과층 상에 레지스트막을 형성하는 단계, 상기 레지스트막을 노광 및 현상하여 상기 투과층 상에 마스크 패턴을 형성하는 단계, 상기 투과층을 식각하여 원통형 투과 채널을 형성하는 단계, 상기 희생층을 제거하여 상기 투과층을 분리하는 단계 및 상기 분리된 투과층을 지지 기판에 전사하여 분리막을 형성하는 단계를 포함함으로써 리소그래피 공정 및 식각 공정을 포함하는 반도체 공정을 활용하여 용이하게 균일한 크기의 원통형 투과 채널을 구비하는 분리막을 제조할 수 있으며, 정확하게 투과 채널의 직경 크기를 제어할 수 있다. A separation membrane having a cylindrical permeable channel and a method of making the same are disclosed. The separator according to the present invention includes a support substrate having a plurality of pores formed therein and a transmissive layer formed on the support substrate, wherein the transmissive layer includes a plurality of cylindrical transmissive channels of uniform size passing through the transmissive layer, The permeability and the separation efficiency are increased. A method of manufacturing a separation membrane having a cylindrical transmission channel according to the present invention includes the steps of providing a structure in which a sacrificial substrate, a sacrificial layer and a permeable layer are sequentially laminated, forming a resist film on the permeable layer, Exposing and developing the mask layer to form a mask pattern on the transmissive layer, etching the transmissive layer to form a cylindrical transmissive channel, removing the sacrificial layer to separate the transmissive layer, And a step of forming a separation membrane by transferring the separation membrane to a support substrate, thereby making it possible to easily manufacture a separation membrane having a uniformly sized cylindrical transmission channel by utilizing a semiconductor process including a lithography process and an etching process, You can control the size.

Description

원통형 투과 채널을 구비한 분리막 및 이의 제조방법{Membrane having cylinderical penetration channel and method of manufacturing the same}[0001] The present invention relates to a membrane having a cylindrical permeable channel and a method of manufacturing the membrane.

본 발명은 원통형 투과 채널을 구비한 분리막 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 균일한 크기로 형성된 복수개의 원통형 투과 채널을 가지는 분리막과, 리소그래피 공정 및 식각 공정을 포함하는 반도체 공정을 활용한 분리막의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a separation membrane having a cylindrical transmission channel and a manufacturing method thereof, and more particularly, to a separation membrane having a plurality of cylindrical transmission channels formed in a uniform size and a semiconductor process including a lithography process and an etching process And a method for producing the separator.

분리막(membrane)은 혼합물에서 특정물질을 선택적으로 투과 또는 배제할 수 있는 기계적 필터로서 제약, 마이크로 전자공학, 화학 및 식품 산업 등에서 제품이나 공정의 순도를 제공하기 위하여 사용된다. 상기 분리막은 일반적으로 유체 흐름 내에 삽입되도록 제작된 장치에 포함되어, 공정 유체로부터 입자, 미생물 또는 용질을 제거하는 용도로 활용된다. 따라서 이상적인 분리막은 높은 투과도와 높은 분리효율, 즉 높은 선택적 투과도 특성이 요구된다. Membranes are mechanical filters that can selectively permeate or exclude specific materials in a mixture and are used to provide product or process purity in the pharmaceutical, microelectronics, chemical, and food industries. The separation membrane is typically included in an apparatus designed to be inserted into a fluid stream, and is used to remove particles, microorganisms or solutes from the process fluid. Therefore, an ideal separator requires a high transmittance and a high separation efficiency, that is, a high selective transmittance characteristic.

오랜 기간의 연구에 의해 투과도 및 선택적 투과도가 우수한 다양한 형태의 고분자 분리막이 개발되었다. 그러나, 고분자 분리막은 낮은 열적 안정성, 용매 또는 미생물에 의한 낮은 막의 분해 저항성, 높은 압력에 의한 막의 퇴화 및 높은 막 내부 저항 등의 문제점으로 인해 그 사용이 제한적이다.Various types of polymer membranes with excellent permeability and selective permeability have been developed by long - term studies. However, polymer membranes are limited in their use due to problems such as low thermal stability, decomposition resistance of a low membrane by a solvent or a microorganism, membrane degradation due to high pressure, and high membrane internal resistance.

상기의 문제점들을 해결하기 위한 방안으로서, 높은 열적, 화학적, 기계적 및 생물학적 안정성을 가져, 막의 분해 및 미세구조의 변형 없이 사용할 수 있는 무기 재료를 이용한 분리막이 연구 개발 되고 있다. 그러나, 무기 재료의 대부분은 기존의 고분자 재료에 비해 값이 비싸고, 공정이 복잡한 단점이 있어 그 활용에 제약이 있다. 이에 현재 반도체 공정에 의해 가공하는 것이 용이하고, 비교적 가격 경쟁력이 있는 실리콘 기반 분리막의 활용 가능성이 주목받고 있다. As means for solving the above problems, separators using inorganic materials which have high thermal, chemical, mechanical and biological stability and can be used without decomposition of the membrane and deformation of the microstructure are being researched and developed. However, most of the inorganic materials are expensive compared to conventional polymer materials, and the process is complicated. Accordingly, the possibility of utilizing a silicon-based separator which is easy to process by a semiconductor process and is relatively competitive in price is attracting attention.

실리콘을 분리막으로 사용하기 위해서는 실리콘 기판에 일정한 크기의 기공을 형성하는 단계가 필요하다. 상기 기공을 통하여 기공의 크기보다 큰 물질을 배제하는 크기에 의한 분리가 이루어지므로, 균일한 크기로 제어 가능한 기공을 형성하여, 분리하고자 하는 물질의 선택도를 높이는 것이 매우 중요하다. 또한, 분리막의 내부 저항을 최소화하여 작은 구동력(압력, 농도 등)으로도 높은 투과도를 가질 수 있어야 한다.In order to use silicon as a separation membrane, it is necessary to form a pore of a certain size on a silicon substrate. It is very important to increase the selectivity of the material to be separated by forming controllable pores with a uniform size because the pores are separated by a size that excludes a substance larger than the pore size. In addition, the internal resistance of the separation membrane should be minimized so that high permeability can be obtained even with a small driving force (pressure, concentration, etc.).

실리콘 기반 분리막의 투과도를 높이기 위해 기공의 크기를 크게 하거나, 기공을 더욱 조밀하게 형성함으로써 실리콘 기판의 투과 면적을 확대하는 방법, 분리막의 두께를 줄여 유체가 투과시 받는 저항을 최소화 하는 방법 등이 사용될 수 있다. 그러나, 기공의 크기는 배제하고자 하는 물질 보다 클 수 없는 제한이 있고, 기공도가 50% 이상이 되거나 두께가 10nm 미만이 되면 분리막의 강도가 저하되어 압력이 가해지는 분리 공정에 사용하는 것이 부적절한 문제점이 발생한다. 따라서 압력이 가해지는 공정에 사용 가능한 강도가 유지됨과 동시에 높은 투과도를 가지는 최적화된 기공을 형성하는 기술이 요구된다.A method of enlarging the pore size to increase the permeability of the silicon-based separator, a method of increasing the pore size of the silicon substrate by forming the pores more densely, and a method of reducing the thickness of the separator membrane to minimize the resistance . However, there is a limitation that the pore size can not be larger than the substance to be excluded. When the porosity is 50% or more or the thickness is less than 10 nm, the strength of the separation membrane is lowered, Lt; / RTI > Thus, there is a need for a technique for forming optimized pores with high permeability while maintaining the strength available for the process under pressure.

또한, 선택적 투과도를 높이기 위해서는 기공의 크기 제어가 필수적인 바, 현재 일반적으로 사용되는 반도체 공정으로는 실리콘 기판에 형성되는 기공의 크기를 1 ∼ 10μm의 범위 이하로 형성하는 것이 기술적으로 매우 어려우므로, 나노미터(nm) 단위의 미립자들을 여과하는 것이 사실상 불가능하고, 기공 크기가 불균일하여 분리효율 즉, 선택적 투과도가 감소하는 문제점이 있었다. 이를 해결하기 위해 열처리, 공중합체 고분자를 이용한 제조 방법들이 보고되고 있으나, 상기의 방법들은 기공의 크기가 불균일하고, 기공도가 매우 낮으며, 제조공정이 복잡하여 상업적으로 이용되기 어려운 문제점이 있다. 따라서, 균일한 나노 크기의 기공을 형성하는 기술이 여전히 필요한 실정이다.In order to increase the selective transmittance, it is necessary to control the pore size. Since it is technically very difficult to form the pore size of 1 to 10 μm or less in the silicon substrate, It is practically impossible to filter fine particles in the unit of a meter (nm), and the pore size is uneven, so that the separation efficiency, that is, the selective permeability, is reduced. In order to solve this problem, there have been reported methods of preparing heat-treated copolymers by using polymeric polymers. However, these methods have problems in that the pore size is uneven, the porosity is very low, and the manufacturing process is complicated. Therefore, a technique for forming a uniform nano-sized pore is still required.

이에 본 발명의 제1 목적은 나노미터 단위의 균일한 크기를 가지는 원통형 투과 채널을 구비하여 투과도를 증가시킬 수 있는 분리막을 제공하는 데 있다.Accordingly, it is a first object of the present invention to provide a separation membrane capable of increasing the permeability through a cylindrical permeation channel having a uniform size of nanometer unit.

또한, 본 발명의 제2 목적은 반도체 공정을 활용하여 원통형 투과 채널을 간단하고 용이하게 형성함과 동시에 균일한 크기로 정확하게 제어할 수 있는 분리막의 제조방법을 제공하는 데 있다.It is a second object of the present invention to provide a method of manufacturing a separation membrane which can easily and easily form a cylindrical transmission channel by utilizing a semiconductor process, and can accurately control a uniform size.

상기의 제1 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 복수개의 기공이 형성된 지지 기판, 상기 지지 기판 상에 형성되는 투과층을 포함하고, 상기 투과층은 상기 투과층을 관통하는 복수개의 원통형 투과 채널을 포함하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device comprising: a support substrate on which a plurality of pores are formed; and a transmissive layer formed on the support substrate, wherein the transmissive layer includes a plurality of cylindrical transmissive channels .

또한, 상기의 제2 목적을 달성하기 위한 본 발명은 희생 기판, 희생층 및 투과층이 순차로 적층된 구조체를 제공하는 단계, 상기 투과층 상에 레지스트막을 형성하는 단계, 상기 레지스트막을 노광 및 현상하여 상기 투과층 상에 마스크 패턴을 형성하는 단계, 상기 투과층을 식각하여 원통형 투과 채널을 형성하는 단계, 상기 희생층을 제거하여 상기 투과층을 분리하는 단계 및 상기 분리된 투과층을 지지 기판에 전사하여 분리막을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to a second aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, including: providing a structure in which a sacrificial substrate, a sacrificial layer, and a transmissive layer are sequentially laminated; forming a resist film on the transmissive layer; Forming a mask pattern on the transmissive layer, etching the transmissive layer to form a cylindrical transmissive channel, removing the sacrificial layer to separate the transmissive layer, and removing the separated transmissive layer to a support substrate And forming a separation membrane by transferring.

본 발명에 의한 원통형 투과 채널을 구비하는 분리막은 나노미터 단위의 균일한 크기를 가지는 원통형 투과 채널을 구비함으로써 분리막 내의 유체 저항을 감소시켜 투과도 및 분리효율이 증대되는 효과가 있다.The separation membrane having the cylindrical transmission channel according to the present invention has a cylindrical transmission channel having a uniform size of nanometer unit, thereby reducing the fluid resistance in the separation membrane, thereby increasing the permeability and separation efficiency.

또한, 본 발명에 의한 원통형 투과 채널을 구비하는 분리막의 제조방법은 리소그래피 공정 및 식각 공정을 포함하는 반도체 공정을 활용하여 용이하게 투과 채널의 크기를 제어할 수 있으며, 균일한 크기를 가지는 투과 채널을 형성할 수 있는 효과가 있다.In addition, the method of manufacturing a separation membrane having a cylindrical transmission channel according to the present invention can easily control the size of a transmission channel by using a semiconductor process including a lithography process and an etching process, There is an effect that can be formed.

도 1a, 2a, 3a, 4a 및 도 5a는 본 발명의 일 실시예에 의한 실리콘 기반 분리막을 제조하는 방법을 도시하는 단면도들이다.
도 1b, 2b, 3b, 4b 및 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 의한 실리콘 기반 분리막을 제조하는 방법을 도시하는 평면도들이다.
Figures 1a, 2a, 3a, 4a, and 5a are cross-sectional views illustrating a method for fabricating a silicon-based separator according to one embodiment of the present invention.
FIGS. 1B, 2B, 3B, 4B and 5B are plan views illustrating a method of manufacturing a silicon-based separator according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 도면들에 있어서, 층들 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장된 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail 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. In the drawings, the thicknesses of the layers and regions are exaggerated for clarity. Like reference numerals designate like elements throughout the specification.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 구성요소에 대해 유사한 참조부호를 사용하였다.The present invention is capable of various modifications and various forms, and specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the text. It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular forms disclosed, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. Like reference numerals are used for like elements in describing each drawing.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함하여 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries are to be interpreted as having a meaning consistent with the contextual meaning of the related art and are to be interpreted as either ideal or overly formal in the sense of the present application Do not.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1a, 2a, 3a, 4a 및 도 5a는 본 발명의 일 실시예에 의한 실리콘 기반 분리막을 제조하는 방법을 도시하는 단면도들이다.Figures 1a, 2a, 3a, 4a, and 5a are cross-sectional views illustrating a method for fabricating a silicon-based separator according to one embodiment of the present invention.

도 1b, 2b, 3b, 4b 및 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 의한 실리콘 기반 분리막을 제조하는 방법을 도시하는 평면도들이다.FIGS. 1B, 2B, 3B, 4B and 5B are plan views illustrating a method of manufacturing a silicon-based separator according to an embodiment of the present invention.

도 1a 및 도 1b를 참조하면, 희생 기판(100), 희생층(200) 및 투과층(300)이 순차로 적층된 구조체를 제공한다. 상기 희생 기판(100)은 실리콘 기판일 수 있으며, 상기 희생층(200)은 SiNx를 포함하는 실리콘 질화물 또는 SiOx를 포함하는 실리콘 산화물일 수 있다. 또한, 투과층(300)은 실리콘 또는 실리콘 산화물일 수 있다.Referring to FIGS. 1A and 1B, a sacrificial substrate 100, a sacrificial layer 200, and a transmissive layer 300 are sequentially stacked. The sacrificial substrate 100 may be a silicon substrate, and the sacrificial layer 200 may be silicon nitride including SiN x or silicon oxide including SiO x . Also, the transmissive layer 300 may be silicon or silicon oxide.

상기 희생 기판(100), 희생층(200) 및 투과층(300)이 순차 적층된 구조체는 실리콘 기판/실리콘 옥사이드/실리콘층으로 구성되는 SOI(silicon on insulator) 기판일 수 있다. 상기 SOI 기판을 제조하는 방법은 실리콘 기판 중에 산소를 고농도로 이온 주입한 후, 열처리하는 기술 또는 표면에 산화막이 형성된 두 개의 실리콘 기판을 합착하는 기술 등 공지 기술을 사용할 수 있다. The structure in which the sacrificial substrate 100, the sacrificial layer 200, and the transmissive layer 300 are sequentially stacked may be a silicon on insulator (SOI) substrate composed of a silicon substrate / a silicon oxide / silicon layer. The SOI substrate may be manufactured by a known technique such as a technique of ion-implanting oxygen at a high concentration into a silicon substrate, followed by heat treatment, or a technique of bonding two silicon substrates having an oxide film on their surfaces.

최하부에 위치하는 희생 기판(100)은 후술하는 리소그래피 공정 및 식각 공정에서 상기 구조체를 지지하는 역할을 수행하며, 식각 공정 후 복수개의 원통형 투과 채널이 형성된 투과층(300)으로부터 분리된다. 상기 희생 기판(100) 상에 위치하는 희생층(200)은 상기 희생 기판(100)의 식각을 방지하기 위한 식각 스톱퍼(stopper)로서의 역할을 수행하며, 식각을 통해 복수개의 원통형 투과 채널이 형성된 투과층(300)으로부터 분리된다. The sacrificial substrate 100 positioned at the lowermost part serves to support the structure in a lithography process and an etching process, which will be described later, and is separated from the transparent layer 300 having a plurality of cylindrical transmission channels formed therein after the etching process. The sacrificial layer 200 located on the sacrificial substrate 100 serves as an etch stopper for preventing the sacrificial substrate 100 from being etched and is formed of a plurality of through- Layer 300 as shown in FIG.

상기 희생층(200) 상에 위치하는 투과층(300)은 리소그래피 공정 및 식각 공정을 통해 그 내부에 균일한 크기를 가지는 복수개의 원통형 투과 채널을 구비할 수 있다. 이 때, 상기 투과층(300)의 두께는 50nm 내지 500nm의 범위 내일 수 있다. 이는 종래 실리콘 기반의 분리막에 비해 증가된 두께이며, 이를 통해 압력이 가해지는 분리 공정에서도 사용할 수 이점이 있다.The transmissive layer 300 located on the sacrificial layer 200 may include a plurality of cylindrical transmissive channels having a uniform size therein through a lithographic process and an etching process. At this time, the thickness of the transmissive layer 300 may be within a range of 50 nm to 500 nm. This is an increased thickness compared to conventional silicon-based membranes, which can be used in separation processes where pressure is applied.

도 2a 및 2b를 참조하면, 투과층(300) 상에 레지스트막(400)을 형성한다. 상기 레지스트막(400)은 일정한 간격을 가지는 원 형상의 마스크(미도시)를 통해 패터닝되며, 상기 마스크의 형상에 따라 후술하는 원통형 투과 채널의 직경이 결정된다. 상기 패턴 형상에서 원의 직경은 30nm 내지 100nm의 범위 내일 수 있다. Referring to FIGS. 2A and 2B, a resist film 400 is formed on the transparent layer 300. The resist film 400 is patterned through a circular mask (not shown) having a predetermined gap, and the diameter of a cylindrical transmission channel to be described later is determined according to the shape of the mask. The diameter of the circle in the pattern shape may be in the range of 30 nm to 100 nm.

리소그래피 공정을 통하여 이를 노광 및 현상함으로써 투과층(300) 상에 마스크 패턴이 형성된다. 이는 예컨대, 포토마스크가 배치된 상태에서 자외선(UV)으로 노광한 후, 현상액에 담가서 현상하는 포토리소그래피 공정을 통해 수행될 수 있다. 상기 레지스트막(400)은 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막일 수 있으며, 화학 기상 증착법(CVD)을 통해 상기 투과층(300) 상에 형성될 수 있다.A mask pattern is formed on the transmission layer 300 by exposing and developing the same through a lithography process. This can be performed, for example, by a photolithography process in which a photomask is placed and exposed to ultraviolet (UV) light, then immersed in a developing solution and developed. The resist film 400 may be a silicon oxide film or a silicon nitride film, and may be formed on the transparent layer 300 through chemical vapor deposition (CVD).

도 3a 및 도 3b를 참조하면, 상부에 레지스트막(400)이 형성된 투과층(300)의 노출된 부분을 식각하여 상기 투과층(300) 내에 원통형의 투과 채널(300a)을 형성한다. 상기 식각은 예컨대, Cl2/HBr/CF4의 혼합 가스를 반응 가스로 사용하는 반응성 이온 식각(RIE)을 통해 달성될 수 있다. 상기 식각은 투과층(300)의 표면에 대해 수직으로 진행되어 원통형의 투과 채널(300a)을 형성한다. 상기와 같이 원통형을 가지는 투과 채널이 형성되는 경우, 상기 채널을 투과하는 유체의 저항이 감소되며, 채널의 벽과 유체 사이에 슬립 효과가 발생하여 투과도가 증가되는 이점이 있다. 상기 원통형 투과 채널(300a)의 직경은 30nm 내지 100nm의 범위 내로 형성될 수 있는 바, 이는 반도체 공정을 통해 제조됨에 기인한다. 이 때, 상기 투과층(300)의 하부에 형성된 희생층(200)은 희생 기판(100)의 식각을 방지하기 위한 식각 스톱퍼(stopper)로서의 역할을 수행한다. 3A and 3B, the exposed portion of the transmissive layer 300 having the resist film 400 formed thereon is etched to form a cylindrical transmissive channel 300a in the transmissive layer 300. Referring to FIG. The etching can be achieved by reactive ion etching (RIE) using, for example, a mixed gas of Cl 2 / HBr / CF 4 as a reaction gas. The etch proceeds perpendicularly to the surface of the transmissive layer 300 to form a cylindrical transmissive channel 300a. When the permeable channel having the cylindrical shape is formed as described above, the resistance of the fluid passing through the channel is reduced, and the slip effect is generated between the wall of the channel and the fluid, thereby increasing the permeability. The diameter of the cylindrical transmission channel 300a can be formed within a range of 30 nm to 100 nm, which is caused by being manufactured through a semiconductor process. At this time, the sacrificial layer 200 formed under the transmissive layer 300 serves as an etch stopper for preventing the sacrificial substrate 100 from being etched.

이후, 상기 복수개의 원통형 투과 채널(300a)의 전면에 코팅층(미도시)을 형성하여 표면을 개질하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 복수개의 원통형 투과 채널(300a)은 미세한 나노크기로 형성되므로, 이로 인해 표면적이 매우 넓고, 유체와 투과 채널 표면과의 인력 또는 반발력이 전체 투과에 미치는 영향이 매우 크다. 특히, 원통형의 투과 채널은 유체가 분리막을 투과하는 경우, 투과 채널과의 마찰력만이 저항으로 작용하므로, 우수한 투과도를 가지기 위해서는 투과 채널의 물리/화학적 특성이 매우 중요하다. Thereafter, a coating layer (not shown) may be formed on the entire surface of the plurality of cylindrical transmission channels 300a to modify the surface. Since the plurality of cylindrical transmission channels 300a are formed in a fine nano-size, the surface area is very large, and the attraction or repulsive force between the fluid and the surface of the transmission channel exerts a great influence on the total transmission. Particularly, when the fluid permeates through the separator, only the frictional force with the permeable channel acts as a resistance. Therefore, in order to obtain a good permeability, the physical / chemical characteristics of the permeable channel are very important.

예컨대, 물을 투과시키는 수투과의 경우, 투과 채널 표면에서의 슬립현상으로 이론값보다 투과도가 빠른 현상이 관측될 수 있는 바, 이는 표면의 접촉각, 요철에 기인한다. 실리콘의 경우 접촉각이 50o인 것이 비해, 실리콘 질화물(SiNx)은 42o, 실리콘 산화물(SiOx)은 35o, 비정질 탄소는 80o, CNT와 같은 결정 구조를 가지는 탄소의 동소체에서는 거의 180o의 각각 다른 접촉각을 가지므로, 각기 다른 수투과도를 나타낼 수 있다.For example, in the case of water permeation through which water is permeated, a phenomenon in which permeability is higher than the theoretical value can be observed due to the slip phenomenon on the surface of the permeation channel, which is caused by the contact angle and irregularity of the surface. In the case of silicon as compared to the contact angle of 50 o, silicon nitride (SiN x) is 42 o, it is 35 o, amorphous carbon is 80 o, the carbon allotrope having a crystal structure, such as a CNT nearly 180 of silicon oxide (SiO x) o have different contact angles, so they can show different water permeability.

따라서, 투과되는 유체에 따라 다양한 코팅층을 선택하여 형성할 수 있다. 상기 코팅층은 실리콘 질화물, 실리콘 산화물 및 탄소 동소체 중에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.Accordingly, various coating layers can be selected depending on the fluid to be permeated. The coating layer may be any one selected from silicon nitride, silicon oxide, and carbon isotope.

예컨대, 상기 코팅층의 형성은 원자층 증착법(Atomic layer deposition, ALD), 화학 기상 증착법(Chemical vapor deposition CVD), 물리 기상 증착법(Physical vapor deposition, PVD) 등의 방법을 이용하여 수행될 수 있다.For example, the formation of the coating layer may be performed using atomic layer deposition (ALD), chemical vapor deposition (CVD), physical vapor deposition (PVD), or the like.

도 4a 및 도 4b를 참조하면, 희생 기판(100)과 투과층(300) 사이에 개재된 희생층(200)을 제거하여 원통형 투과 채널(300a)이 구비된 투과층(300)을 분리한다. 상기 희생층(200)은 예컨대, HF와 NH4F가 혼합된 BOE(Buffered Oxide Etchant) 용액을 이용한 습식 식각을 통해 제거될 수 있다. 이를 통해 원통형 투과 채널(300a)을 구비하는 투과층(300)이 분리막으로서의 역할을 수행할 준비가 갖추어지게 된다.4A and 4B, the sacrificial layer 200 interposed between the sacrificial substrate 100 and the transmissive layer 300 is removed to separate the transmissive layer 300 provided with the cylindrical transmissive channel 300a. The sacrificial layer 200 may be removed by wet etching using, for example, a BOE (Buffered Oxide Etchant) solution in which HF and NH 4 F are mixed. Through which the transmissive layer 300 with the cylindrical transmissive channel 300a is ready to act as a separator.

도 5a 및 도 5b를 참조하면, 원통형 투과 채널(300a)을 구비하는 투과층(300)을 지지 기판(500) 등에 전사하여 분리막을 완성한다. 상기 지지 기판(500)은 복수개의 기공을 포함한다. 예컨대, 상기 지지 기판(500)은 복수개의 기공이 형성된 실리콘 기판일 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 복수개의 기공을 가져 유체를 통과시킬 수 있고, 일정 두께를 가져 지지대의 역할을 수행할 수 있는 것이라면 어느 것이든 가능하다. 상기 복수개의 기공은 유체를 통과시키도록 원통형 투과 채널(300a)보다 큰 직경을 가지는 것이 바람직하다. 5A and 5B, a transparent layer 300 having a cylindrical transmission channel 300a is transferred to a support substrate 500 or the like to complete a separation layer. The supporting substrate 500 includes a plurality of pores. For example, the support substrate 500 may be a silicon substrate having a plurality of pores. However, the present invention is not limited thereto, and it is possible to pass a fluid having a plurality of pores and to have a certain thickness and to serve as a support. Preferably, the plurality of pores have a larger diameter than the cylindrical permeable channel 300a to allow fluid to pass therethrough.

본 발명에 의한 원통형 투과 채널을 구비하는 분리막은 종래 실리콘 기반의 분리막에 비해 비교적 두꺼운 두께를 가짐으로 분리막의 전체 밀도가 증가되어 일정한 압력이 가해지는 분리 공정에 사용하기 적합한 이점이 있다. 또한, 균일한 크기를 가지는 나노미터 단위의 복수개의 원통형 투과 채널을 구비함으로써 채널벽과 유체 사이의 슬립 효과로 투과도가 향상되며, 분리막 내의 유체 저항을 감소시켜 분리 효율이 증대되는 이점이 있다. 또한, 원통형 투과 채널을 구비하는 분리막의 제조방법은 리소그래피 공정 및 식각 공정을 포함하는 반도체 공정을 활용함으로써 용이하게 투과 채널을 형성할 수 있으며, 그 크기를 정확하게 제어할 수 있고, 대량 생산이 용이한 이점이 있다. The separation membrane having the cylindrical transmission channel according to the present invention has a relatively thick thickness compared with the conventional silicon-based separation membrane, so that the overall density of the separation membrane is increased, which is advantageous for use in a separation process in which a constant pressure is applied. Also, by providing a plurality of cylindrical transmission channels having a uniform size and having a size of nanometers, the permeability is improved by the slip effect between the channel wall and the fluid, and the fluid resistance in the separation membrane is reduced to increase the separation efficiency. In addition, a method of manufacturing a separation membrane having a cylindrical transmission channel can easily form a transmission channel by utilizing a semiconductor process including a lithography process and an etching process, and can precisely control its size, There is an advantage.

100: 희생 기판 200: 희생층
300: 투과층 300a: 원통형 투과 채널
400: 레지스트막 500: 지지 기판
100: sacrificial substrate 200: sacrificial layer
300: transmission layer 300a: cylindrical transmission channel
400: resist film 500: supporting substrate

Claims (12)

복수개의 기공이 형성된 지지 기판;
상기 지지 기판 상에 형성되는 투과층을 포함하고,
상기 투과층은 상기 투과층을 관통하는 복수개의 원통형 투과 채널을 포함하고,
상기 복수개의 원통형 투과 채널의 전면을 덮도록 코팅층이 형성되는 것을 특징으로 하는 분리막.
A support substrate on which a plurality of pores are formed;
And a transmissive layer formed on the support substrate,
Wherein the transmissive layer comprises a plurality of cylindrical transmissive channels through the transmissive layer,
And a coating layer is formed to cover the entire surface of the plurality of cylindrical transmission channels.
제1항에 있어서,
상기 투과층은 실리콘 또는 실리콘 산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 분리막.
The method according to claim 1,
Wherein the transmissive layer comprises silicon or silicon oxide.
제1항에 있어서,
상기 각 원통형 투과 채널의 직경은 30nm 내지 100nm의 범위 내에서 선택되며, 균일하게 형성되는 것을 특징으로 하는 분리막.
The method according to claim 1,
Wherein the diameter of each cylindrical transmission channel is selected within a range of 30 nm to 100 nm and is uniformly formed.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 코팅층은 실리콘 질화물, 실리콘 산화물 및 탄소 동소체 중에서 선택되는 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 분리막.
The method according to claim 1,
Wherein the coating layer comprises any one selected from the group consisting of silicon nitride, silicon oxide, and carbon isotope.
희생 기판, 희생층 및 투과층이 순차로 적층된 구조체를 제공하는 단계;
상기 투과층 상에 레지스트막을 형성하는 단계;
상기 레지스트막을 노광 및 현상하여 상기 투과층 상에 마스크 패턴을 형성하는 단계;
상기 투과층을 식각하여 원통형 투과 채널을 형성하는 단계;
상기 희생층을 제거하여 상기 투과층을 분리하는 단계; 및
상기 분리된 투과층을 지지 기판에 전사하여 분리막을 형성하는 단계를 포함하는 분리막의 제조방법.
Providing a structure in which a sacrificial substrate, a sacrificial layer, and a transmissive layer are sequentially stacked;
Forming a resist film on the transmissive layer;
Exposing and developing the resist film to form a mask pattern on the transparent layer;
Etching the permeable layer to form a cylindrical permeable channel;
Removing the sacrificial layer to separate the transmissive layer; And
And transferring the separated transmissive layer to a support substrate to form a separation membrane.
제6항에 있어서,
상기 희생 기판은 실리콘인 것을 특징으로 하는 분리막의 제조방법.
The method according to claim 6,
Wherein the sacrificial substrate is silicon.
제6항에 있어서,
상기 희생층은 실리콘 질화물 또는 실리콘 산화물인 것을 특징으로 하는 분리막의 제조방법.
The method according to claim 6,
Wherein the sacrificial layer is silicon nitride or silicon oxide.
제6항에 있어서,
상기 투과층은 실리콘 또는 실리콘 산화물인 것을 특징으로 하는 분리막의 제조방법.
The method according to claim 6,
Wherein the transparent layer is silicon or silicon oxide.
제6항에 있어서,
상기 투과층을 식각하여 원통형 투과 채널을 형성하는 단계와, 상기 희생층을 제거하여 상기 투과층을 분리하는 단계 사이에 상기 원통형 투과 채널 전면을 덮도록 코팅층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 분리막의 제조방법.
The method according to claim 6,
Forming a cylindrical permeable channel by etching the permeable layer and forming a coating layer to cover the entire surface of the cylindrical permeable channel between the step of removing the sacrificial layer and the step of separating the permeable layer, Gt;
제10항에 있어서,
상기 코팅층을 형성하는 단계는 원자층 증착법, 화학 기상 증착법 및 물리 기상 증착법 중에서 선택되는 어느 하나로 수행되는 것을 특징으로 하는 분리막의 제조방법.
11. The method of claim 10,
Wherein the forming of the coating layer is performed by any one of atomic layer deposition, chemical vapor deposition, and physical vapor deposition.
제10항에 있어서,
상기 코팅층은 실리콘 질화물, 실리콘 산화물 및 탄소 동소체 중에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 분리막의 제조방법.
11. The method of claim 10,
Wherein the coating layer is one selected from the group consisting of silicon nitride, silicon oxide, and carbon isotope.
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