KR101509610B1 - Microchannel resonator and manufacturing method of the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 마이크로채널 공진기 및 그 제조방법으로서, 이동하는 물질의 질량에 따라 공진 주파수가 변화하는 원리를 이용하여 목적물의 질량 및 특성을 측정할 수 있는 마이크로채널 공진기 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a microchannel resonator and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a microchannel resonator capable of measuring a mass and a characteristic of an object by using a principle that a resonance frequency changes according to a mass of a moving material.
나노바이오멤스(NanoBioMems) 기술이란 생체분자들의 물리적, 화학적, 생물학적 상호작용을 즉시 감지, 측정, 분석, 진단할 수 있는 지능화 및 자동화된 마이크로기계(Micromechanical) 의료기기 및 화학기기를 의미한다.NanoBioMems technology refers to intelligent and automated micromechanical medical and chemical devices that can instantly detect, measure, analyze, and diagnose the physical, chemical, and biological interactions of biomolecules.
나노바이오멤스 기술 중 하나로서, 기존에는 살아 있는 단일 세포의 질량을 펨토그램(femtogram) 단위까지 측정할 수 있는 마이크로채널 공진 저울(microbalance, microcantilever)이 제시된 바 있으며, 기존 마이크로채널 공진 저울은 미국특허공보 제7,282,329호(2007.10.16)에서 확인할 수 있다.A microchannel resonance scale (microcantilever) capable of measuring the mass of living single cells up to a femtogram unit has been proposed as one of the nanobiomembers technologies. 7,282,329 (October 16, 2007).
기존 마이크로채널 공진 저울의 측정원리는, 텅빈 공진장치(hollow resonator)를 만들고, 그 안에 유체의 액체 분자 샘플을 주입한다. 공진장치의 주변은 진공공간으로 둘러 쌓여 있지만, 액체 상태의 유체 분자들은 공진장치의 내부에 배치된다. 내부에 배치된 유체 샘플에 고형 입자가 포함되어 있는 경우, 이 입자가 공진장치 내부에서 이동할 때 공진장치의 진동 주파수(frequency)를 측정하여 입자의 질량을 정확히 측정할 수 있게 된다.The principle of measurement of conventional microchannel resonance balances is to make a hollow resonator and inject a liquid molecule sample of fluid into it. The periphery of the resonator is surrounded by a vacuum space, but fluid molecules in the liquid state are arranged inside the resonator. When the fluid sample placed in the fluid sample contains solid particles, the vibration frequency of the resonator is measured when the particle moves inside the resonator, so that the mass of the particle can be accurately measured.
그런데, 기존 마이크로채널 공진 저울은 그 형성이 매우 어려울 뿐만 아니라, 여러 단계에 걸쳐 정교하고 복잡한 제조 공정이 요구되어 제작이 용이하지 않은 문제점이 있다. 특히, 기존에는 실리콘기판 상에 미리 마이크로 채널이 될 부분을 형성한 후, 이를 이용하여 마이크로 채널 내장 캔틸레버 구조의 빔(beam)을 형성하기 위해 여러 단계에 걸친 복잡한 패터닝 및 식각 공정을 수행해야 하기 때문에 제조가 복잡하고 제조시간이 증가하는 문제점이 있다.However, conventional microchannel resonance balances are not only difficult to form, but also require complicated and complicated manufacturing processes in various stages, making fabrication difficult. Particularly, since a complicated patterning and etching process must be performed in various steps in order to form a beam of a cantilever structure with a microchannel by forming a portion to be a microchannel on a silicon substrate in advance, There is a problem that the manufacturing is complicated and the manufacturing time is increased.
이에 따라 최근에는 마이크로채널 공진기의 구조 및 제조 공정을 간소화하기 위한 여러 가지 검토가 이루어지고 있으나, 아직 미흡하여 이에 대한 개발이 요구되고 있다.Recently, various studies have been made to simplify the structure and manufacturing process of a microchannel resonator, but there is still a demand for development of the microchannel resonator.
본 발명은 구조 및 제조 공정을 간소화할 수 있는 마이크로채널 공진기 및 그 제조방법을 제공한다.The present invention provides a microchannel resonator capable of simplifying the structure and manufacturing process and a method of manufacturing the same.
특히, 본 발명은 실리콘기판의 내부에 공동 채널(cavity channel)을 형성하고, 공동 채널 내부 벽면을 산화시켜 파이프 형상의 마이크로 채널구조체를 형성할 수 있도록 한 마이크로채널 공진기 및 그 제조방법을 제공한다.In particular, the present invention provides a microchannel resonator capable of forming a cavity channel inside a silicon substrate and oxidizing a cavity inner wall surface to form a pipe-shaped microchannel structure, and a method of manufacturing the same.
또한, 본 발명은 파이프 형상의 마이크로 채널구조체를 다양한 조건 및 형상으로 형성할 수 있는 마이크로채널 공진기 및 그 제조방법을 제공한다.The present invention also provides a microchannel resonator capable of forming a pipe-shaped microchannel structure in various conditions and shapes and a manufacturing method thereof.
또한, 본 발명은 구조적인 안정성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 마이크로채널 공진기 및 그 제조방법을 제공한다.The present invention also provides a microchannel resonator capable of improving structural stability and reliability and a method of manufacturing the same.
또한, 본 발명은 제조비용을 절감할 수 있으며, 다양한 나노바이오멤스 장치 및 분야에 적용할 수 있는 마이크로채널 공진기 및 그 제조방법을 제공한다.In addition, the present invention provides a microchannel resonator that can reduce manufacturing cost and can be applied to various nanobioemembers devices and fields, and a method of manufacturing the same.
상술한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 이동하는 물질의 질량에 따라 공진 주파수가 변화하는 원리를 이용하여 목적물의 질량 및 특성을 측정할 수 있는 마이크로채널 공진기 제조방법은, 실리콘기판을 제공하는 단계, 실리콘기판의 내부에 공동 채널(cavity channel)을 형성하는 단계, 공동 채널의 내부 벽면을 산화시켜 공동 채널의 내부 벽면에 중공형 마이크로 채널구조체(micro channel structure)를 형성하는 단계, 및 마이크로 채널구조체가 실리콘기판에 대해 공진 운동 가능하도록 마이크로 채널구조체의 주변을 부분적으로 제거하는 단계를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a microchannel resonator capable of measuring a mass and a characteristic of an object using a principle that a resonance frequency varies according to a mass of a moving material Providing a silicon substrate, forming a cavity channel in the silicon substrate, oxidizing the inner wall surface of the cavity channel to form a hollow microchannel structure on the inner wall surface of the cavity channel And partially removing the periphery of the microchannel structure such that the microchannel structure resonates relative to the silicon substrate.
실리콘기판의 내부의 공동 채널은 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 방식으로 형성될 수 있다. 일 예로, 실리콘기판의 내부에 공동 채널(cavity channel)을 형성하는 단계는, 실리콘기판 상에 복수개의 트렌치(trench)를 형성하는 단계, 및 복수개의 트렌치를 이용하여 실리콘기판의 내부에 상기 공동 채널을 형성할 수 있도록 실리콘기판을 어닐링(annealing)하는 단계를 포함할 수 있으며, 실리콘기판의 어닐링시 서로 인접한 트렌치가 서로 연결되며 상호 협조적으로 공동 채널을 형성할 수 있다.The cavity channels inside the silicon substrate can be formed in various ways depending on the required conditions and design specifications. For example, forming a cavity channel in a silicon substrate may include forming a plurality of trenches on a silicon substrate, and forming a plurality of trenches in the silicon substrate using the plurality of trenches, And annealing the silicon substrate so that adjacent trenches are connected to each other and cooperate with each other to form a cavity channel.
공동 채널을 형성하기 위한 트렌치는 요구되는 조건에 따라 다양한 방식으로 형성될 수 있다. 일 예로, 트렌치를 형성하는 단계는, 실리콘기판 상에 제1포토레지스트 패턴을 패터닝하는 단계, 제1포토레지스트 패턴을 이용하여 실리콘기판의 표면을 제1에칭하는 단계, 및 제1포토레지스트 패턴을 제거하는 단계를 포함할 수 있으며, 트렌치는 제1에칭시 소정 깊이를 갖도록 형성될 수 있다.The trenches for forming the co-channel can be formed in various ways depending on the required conditions. For example, the step of forming a trench may include patterning a first photoresist pattern on a silicon substrate, first etching the surface of the silicon substrate using the first photoresist pattern, And the trench may be formed to have a predetermined depth in the first etching.
트렌치가 형성된 실리콘기판을 소정 온도, 압력 및 시간 조건에서 어닐링 처리함으로써 실리콘기판의 내부에 트렌치를 이용한 공동 채널을 형성할 수 있는 바, 트렌치가 형성된 실리콘기판을 어닐링 처리하게 되면, 대략 물방울 모양과 같이 트렌치의 상단 개구부는 서서히 좁아지며 폐쇄됨과 동시에, 트렌치의 하단부는 확장되게 되는데, 이때 서로 인접한 트렌치의 하단부가 서로 연결됨으로써, 서로 인접한 트렌치에 의해 상호 협조적으로 실리콘기판의 내부에 공동 채널이 형성될 수 있다.The silicon substrate on which the trench is formed can be annealed at a predetermined temperature, pressure, and time to form a hollow channel using the trench in the silicon substrate. When the silicon substrate having the trench is annealed, The upper end of the trench is gradually narrowed and closed and the lower end of the trench expands. At this time, the lower ends of the trenches adjacent to each other are connected to each other, so that a cavity channel can be formed in the silicon substrate mutually cooperatively by the adjacent trenches have.
또한, 실리콘기판의 내부에 공동 채널을 형성한 후, 실리콘기판의 상면에 폴리실리콘 박막층(Poly-Si LPCVD)을 형성할 수 있다. 일 예로, 폴리실리콘 박막층은 실리콘기판의 상면에 폴리실리콘층을 증착한 후, 폴리실리콘층의 상면 리세스가 제거될 수 있도록 폴리실리콘층의 상면을 폴리싱함으로써 제공될 수 있다. 경우에 따라서는 폴리실리콘 박막층 대신 다른 수단이 대체 수단으로 사용되거나 폴리실리콘 박막층이 제거되는 것도 가능하다.Also, after a cavity channel is formed in the silicon substrate, a polysilicon thin film layer (Poly-Si LPCVD) can be formed on the upper surface of the silicon substrate. As an example, the polysilicon thin film layer may be provided by depositing a polysilicon layer on the top surface of the silicon substrate, followed by polishing the top surface of the polysilicon layer so that the top surface recess of the polysilicon layer may be removed. In some cases, other means may be used as an alternative to the polysilicon thin film layer or the polysilicon thin film layer may be removed.
마이크로 구조체는 실리콘기판의 내부에 형성된 공동 채널의 내부 벽면을 산화시켜 형성된 실리콘 산화막으로써, 공동 채널의 내부 벽면을 따라 공동 채널에 대응하는 중공형 파이프 형상으로 형성될 수 있다. 기존과 달리, 본 발명에서는 마이크로 채널구조체를 형성하기 위해 복잡한 여러 단계의 패터닝 및 식각 공정을 수행할 필요없이, 단순히 공동 채널의 내부 공간을 따라 산소를 공급하여 공동 채널의 내부 벽면을 산화시킴으로써 중공형 마이크로 채널구조체를 형성할 수 있다.The microstructure may be a silicon oxide film formed by oxidizing an inner wall surface of a cavity channel formed in a silicon substrate, and may be formed in a hollow pipe shape corresponding to the cavity channel along the inner wall surface of the cavity channel. According to the present invention, oxygen is supplied along the inner space of the hollow channel to oxidize the inner wall surface of the hollow channel without performing complicated patterning and etching processes to form the microchannel structure, A microchannel structure can be formed.
참고로, 본 발명에서 마이크로 채널구조체가 실리콘기판에 대해 공진 운동 가능하도록 마이크로 채널구조체의 주변을 부분적으로 제거한다 함은, 마이크로 채널구조체가 실리콘기판에 대해 공진 운동할 수 있는 구조가 되도록, 마이크로 채널구조체의 주변에 대응하는 실리콘기판 부위를 부분적으로 제거하여 공진공간을 형성하는 것으로 이해될 수 있다.In the present invention, the periphery of the microchannel structure is partially removed so that the microchannel structure can resonate with respect to the silicon substrate. In this case, the microchannel structure may have a structure capable of resonating with respect to the silicon substrate. It can be understood that the portion of the silicon substrate corresponding to the periphery of the structure is partially removed to form a resonance space.
마이크로 채널구조체가 실리콘기판에 대해 공진 운동 가능한 구조로서는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 구조가 적용될 수 있다. 일 예로, 마이크로 채널구조체의 주변을 부분적으로 제거함에 따라, 마이크로 채널구조체는 일단에 고정단을 가지며 타단에 자유단을 갖는 캔틸레버(cantilever) 구조로 제공될 수 있다. 다른 일 예로, 마이크로 채널구조체의 주변을 부분적으로 제거함에 따라, 마이크로 채널구조체는 양단에 고정단을 갖는 브릿지(bridge) 구조로 제공될 수 있다.As the structure in which the microchannel structure can resonate with respect to the silicon substrate, various structures can be applied according to the required conditions and design specifications. For example, by partially removing the periphery of the microchannel structure, the microchannel structure can be provided in a cantilever structure having a fixed end at one end and a free end at the other end. In another example, as the periphery of the microchannel structure is partially removed, the microchannel structure may be provided with a bridge structure having fixed ends at both ends.
마이크로 채널구조체의 주변의 제거 공정은 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 방식으로 구현될 수 있다. 일 예로, 마이크로 채널구조체의 주변을 부분적으로 제거하는 단계는, 실리콘기판의 상면에 제2포토레지스트 패턴을 패터닝하는 단계, 제2포토레지스트 패턴을 이용하여 실리콘기판에서 마이크로 채널구조체의 주변을 부분적으로 제2에칭하는 단계, 및 제2포토레지스트 패턴을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.The removal process of the periphery of the microchannel structure can be implemented in various ways according to the required conditions and design specifications. For example, partially removing the periphery of the microchannel structure may include patterning a second photoresist pattern on the top surface of the silicon substrate, partially polishing the periphery of the microchannel structure in the silicon substrate using the second photoresist pattern, A second etch step, and removing the second photoresist pattern.
또한, 글라스기판을 접합하기 전에 마이크로 채널구조체의 상면에 제1전극층을 형성할 수 있으며, 글라스기판에는 제1전극층과 이격되게 제2전극층이 제공될 수 있다.Also, the first electrode layer may be formed on the upper surface of the microchannel structure before bonding the glass substrate, and the second electrode layer may be provided on the glass substrate so as to be spaced apart from the first electrode layer.
글라스기판은 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 방식으로 제공될 수 있다. 일 예로, 글라스기판은 글라스기판의 표면에 제3포토레지스트 패턴을 패터닝하는 단계, 제3포토레지스트 패턴을 이용하여 글라스기판의 표면을 제3에칭하여 글라스기판의 표면에 공진 공간을 형성하는 단계, 및 공진 공간 상에 제2전극층을 형성하는 단계에 의해 제공될 수 있다. 경우에 따라서는 여타 다른 기계적인 여기 방식 의해 마이크로 채널구조체가 공진 운동하도록 구성하는 것도 가능하다.The glass substrate can be provided in various ways depending on the required conditions and design specifications. For example, the glass substrate may include a step of patterning a third photoresist pattern on the surface of the glass substrate, a third etching of the surface of the glass substrate by using the third photoresist pattern to form a resonance space on the surface of the glass substrate, And forming a second electrode layer on the resonance space. In some cases, the microchannel structure may be configured to resonate by any other mechanical excitation method.
본 발명에 따른 마이크로채널 공진기 및 그 제조방법에 따르면, 구조 및 제조 공정을 간소화할 수 있다.According to the microchannel resonator and the manufacturing method thereof according to the present invention, the structure and manufacturing process can be simplified.
특히, 본 발명에 따르면 실리콘기판의 내부에 공동 채널(cavity channel)을 형성하고, 단순히 공동 채널의 내부 벽면을 산화시켜 파이프 형상의 마이크로 채널구조체를 형성할 수 있기 때문에, 기존과 같이 여러 단계에 걸친 복잡한 패터닝 및 에칭 공정을 생략할 수 있고, 비교적 간단한 공정으로 마이크로 채널구조체를 형성할 수 있다.Particularly, according to the present invention, since a cavity channel is formed in the silicon substrate and the inner wall surface of the cavity channel is simply oxidized to form a pipe-shaped microchannel structure, Complicated patterning and etching processes can be omitted, and a microchannel structure can be formed by a relatively simple process.
더욱이, 본 발명에 따르면 실리콘기판 내부의 공동 채널은, 실리콘기판 상에 복수개의 트렌치를 형성한 후, 실리콘기판을 어닐링하는 비교적 간단한 공정에 의해 형성될 수 있기 때문에, 구조 및 제조 공정을 보다 간소화할 수 있다.Furthermore, according to the present invention, since the cavity channel inside the silicon substrate can be formed by a relatively simple process of forming a plurality of trenches on the silicon substrate and then annealing the silicon substrate, the structure and manufacturing process can be simplified .
또한, 본 발명에 따르면 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 형태 및 구조로 공동 채널을 형성할 수 있으며, 마이크로 채널구조체는 공동 채널을 기반으로 형성될 수 있기 때문에, 구조 및 제조 공정의 제약없이 마이크로 채널구조체를 보다 다양한 조건 및 형상으로 형성할 수 있다.In addition, according to the present invention, a cavity channel can be formed in various shapes and structures according to required conditions and design specifications, and since the micro channel structure can be formed based on a cavity channel, The channel structure can be formed in various conditions and shapes.
또한, 본 발명에 따르면 구조적인 안정성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다.Further, according to the present invention, structural stability and reliability can be improved.
또한, 본 발명에 따르면 다양한 칩 설계가 가능하며, 미세채널의 조건 및 형상을 다양하게 조절할 수 있기 때문에 다양한 연구 분야 및 산업 분야에서 응용이 자유롭다.In addition, according to the present invention, various chip designs are possible and the conditions and shapes of the microchannels can be adjusted in various ways, so that application in various research fields and industrial fields is free.
도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 마이크로채널 공진기를 설명하기 위한 도면이다.
도 2 내지 도 11은 본 발명에 따른 마이크로채널 공진기 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 12 및 도 13은 본 발명에 따른 마이크로채널 공진기 제조방법으로서, 어닐링 공정에 의해 공동 채널이 형성되는 원리 및 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 마이크로채널 공진기를 설명하기 위한 도면이다.1 and 2 are views for explaining a microchannel resonator according to the present invention.
FIGS. 2 to 11 are views for explaining a method of manufacturing a microchannel resonator according to the present invention.
12 and 13 are views for explaining a principle and an example in which a cavity channel is formed by an annealing process as a method of manufacturing a microchannel resonator according to the present invention.
14 is a view for explaining a microchannel resonator according to another embodiment of the present invention.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 참고로, 본 설명에서 동일한 번호는 실질적으로 동일한 요소를 지칭하며, 이러한 규칙 하에서 다른 도면에 기재된 내용을 인용하여 설명할 수 있고, 당업자에게 자명하다고 판단되거나 반복되는 내용은 생략될 수 있다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS 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. For reference, the same numbers in this description refer to substantially the same elements and can be described with reference to the contents described in the other drawings under these rules, and the contents which are judged to be obvious to the person skilled in the art or repeated can be omitted.
도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 마이크로채널 공진기를 설명하기 위한 도면이고, 도 2 내지 도 11은 본 발명에 따른 마이크로채널 공진기 제조방법을 설명하기 위한 도면이며, 도 12 및 도 13은 본 발명에 따른 마이크로채널 공진기 제조방법으로서, 어닐링 공정에 의해 공동 채널이 형성되는 원리 및 예를 설명하기 위한 도면이다. 또한, 도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 마이크로채널 공진기를 설명하기 위한 도면이다.FIGS. 1 and 2 are views for explaining a microchannel resonator according to the present invention, FIGS. 2 to 11 are views for explaining a method of manufacturing a microchannel resonator according to the present invention, FIG. 3 is a view for explaining a principle and an example in which a cavity channel is formed by an annealing process. FIG. 14 is a view for explaining a microchannel resonator according to another embodiment of the present invention.
참고로, 본 발명에 따른 마이크로채널 공진기는 목적물의 질량 및 특성을 측정하기 위해 사용될 수 있다. 경우에 따라서는 본 발명에 따른 마이크로채널 공진기가 측정 대상물의 물리적, 화학적, 생물학적 상호작용을 감지, 측정, 분석, 진단하기 위해 사용되는 것도 가능하며, 그 사용 용도에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.For reference, the microchannel resonator according to the present invention can be used for measuring the mass and characteristics of an object. In some cases, the microchannel resonator according to the present invention may be used for sensing, measuring, analyzing, and diagnosing physical, chemical, and biological interactions of a measurement object. It is not.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 마이크로채널 공진기는 실리콘기판(100) 및 글라스기판(200)을 포함한다.Referring to FIGS. 1 and 2, a microchannel resonator according to the present invention includes a
실리콘기판(100) 상에는 공진 운동 가능하게 마이크로 채널구조체(110)가 구비되며, 마이크로 채널구조체(110)의 상면에 형성된 제1전극층(120) 및 글라스기판(200)에 구비된 제2전극층(210) 간의 정전기력 작용에 의해 마이크로 채널구조체(110)가 공진 운동할 수 있다.A
상기 마이크로 채널구조체는 실리콘기판(100)의 내부에 공동 채널(cavity channel)(102)을 형성하고, 단순히 공동 채널(102)의 내부 벽면을 산화시킴으로써 중공 파이프 형상으로 형성될 수 있다.The microchannel structure may be formed into a hollow pipe shape by forming a
참고로, 마이크로 채널구조체(110)는 일단에 고정단을 가지며 타단에 자유단을 갖는 캔틸레버(cantilever) 구조로 제공될 수 있으나, 경우에 따라서는 마이크로 채널구조체가 양단에 고정단을 갖는 브릿지(bridge) 구조로 제공되는 것도 가능하다.For reference, the
이하에서는 본 발명에 따른 마이크로채널 공진기 제조방법을 설명하기로 한다.Hereinafter, a method of fabricating a microchannel resonator according to the present invention will be described.
본 발명에 따른 마이크로채널 공진기는, 실리콘기판(100)을 제공하는 단계, 상기 실리콘기판(100)의 내부에 공동 채널(cavity channel)(102)을 형성하는 단계, 상기 공동 채널(102)의 내부 벽면을 산화시켜 공동 채널(102)의 내부 벽면에 중공형 마이크로 채널구조체(110)를 형성하는 단계, 상기 마이크로 채널구조체(110)가 실리콘기판(100)에 대해 공진 운동 가능하도록 마이크로 채널구조체(110)의 주변을 부분적으로 제거하는 단계, 및 실리콘기판(100)의 상면에 글라스기판(200)을 접합하는 단계를 포함한다.A microchannel resonator according to the present invention includes the steps of providing a
먼저, 실리콘기판(100)을 제공하고, 상기 실리콘기판(100)의 내부에 공동 채널(cavity channel)(102)을 형성한다.First, a
상기 실리콘기판(100)의 내부의 공동 채널(102)은 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 방식으로 형성될 수 있다. 일 예로, 상기 실리콘기판(100)의 내부에 공동 채널(cavity channel)(102)을 형성하는 단계는, 상기 실리콘기판(100) 상에 복수개의 트렌치(trench)(101)를 형성하는 단계, 및 상기 복수개의 트렌치(101)를 이용하여 실리콘기판(100)의 내부에 상기 공동 채널(102)을 형성할 수 있도록 실리콘기판(100)을 어닐링(annealing)하는 단계를 포함할 수 있으며, 상기 실리콘기판(100)의 어닐링시 서로 인접한 트렌치(101)가 서로 연결되며 상호 협조적으로 공동 채널(102)을 형성하게 된다.The
도 3을 참조하면, 상기 실리콘기판(100)에는 복수개의 트렌치(101)가 소정 배열을 이루도록 형성될 수 있다. 상기 트렌치(101)는 요구되는 조건에 따라 다양한 방식으로 형성될 수 있다. 일 예로, 상기 트렌치(101)를 형성하는 단계는, 실리콘기판(100) 상에 제1포토레지스트 패턴을 패터닝하는 단계, 상기 제1포토레지스트 패턴을 이용하여 실리콘기판(100)의 표면을 제1에칭하는 단계, 및 상기 제1포토레지스트 패턴을 제거하는 단계를 포함할 수 있으며, 상기 트렌치(101)는 제1에칭시 소정 깊이를 갖도록 형성될 수 있다.Referring to FIG. 3, the
다음, 상기 트렌치(101)가 형성된 실리콘기판(100)을 소정 온도, 압력 및 시간 조건에서 어닐링 처리함으로써, 도 4와 같이, 실리콘기판(100)의 내부에 공동 채널(102)을 형성할 수 있다.Next, the
참고로, 도 12를 참조하면, 대략 원형홀 형태를 갖는 트렌치(101)가 형성된 실리콘기판(100)을 어닐링 처리하게 되면, 대략 물방울 모양과 같이 트렌치(101)의 상단 개구부는 서서히 좁아지며 폐쇄됨과 동시에, 트렌치(101)의 하단부는 확장되게 되는데, 이때 서로 인접한 트렌치(101)의 하단부가 서로 연결됨으로써, 서로 인접한 트렌치(101)에 의해 상호 협조적으로 실리콘기판(100)의 내부에 공동 채널(102)이 형성될 수 있다.12, when the
아울러, 도 13과 같이, 공동 채널(102)의 형성 정도는 트렌치(101)의 직경(φH), 트렌치(101) 간의 이격 간격(SH), 및 어닐링 처리 조건을 적절히 변경하여 조절할 수 있다. 가령, 공동 채널(102)의 높이(두께), 공동 채널(102)의 상단부 폐쇄되는 부위의 두께 및 공동 채널(102)의 상면에 형성되는 리세스(도 2의 201 참조)의 깊이와 같은 공동 채널(102)의 형성 조건은, 트렌치(101)의 직경(φH) 및 트렌치(101) 간의 이격 간격(SH)을 조절함으로써 변경될 수 있다. 이하에서는 어닐링 공정이 급속 열처리(Rapid thermal anneal)로 진행되되, 1150℃ 온도 조건, 1 atm(760 Torr) 압력 조건, 15분 시간 조건으로 진행된 예를 들어 설명하기로 한다. 물론 요구되는 조건에 따라 어닐링 처리 조건이 적절히 변경될 수 있다.13, the degree of formation of the
다음, 도 5 및 도 6과 같이, 상기 실리콘기판(100)의 내부에 공동 채널(102)을 형성한 후, 상기 실리콘기판(100)의 상면에 폴리실리콘 박막층(Poly-Si LPCVD)(130)을 형성할 수 있다. 일 예로, 상기 폴리실리콘 박막층(130)은 실리콘기판(100)의 상면에 폴리실리콘층(130')을 증착한 후, 추후 본딩시 문제될 수 있는 상기 폴리실리콘층(130')의 상면 리세스가 제거될 수 있도록 폴리실리콘층(130')의 상면을 폴리싱함으로써 제공될 수 있다.5 and 6, after a
참고로, 상기 폴리실리콘 박막층(130)은 주변 구조물 또는 접합 등을 위해 형성될 수 있으며, 경우에 따라서는 폴리실리콘 박막층 대신 다른 수단이 대체 수단으로 사용되거나 폴리실리콘 박막층이 제거되는 것도 가능하다.For reference, the polysilicon
다음, 도 7과 같이, 상기 공동 채널(102)의 내부 벽면을 산화시켜 공동 채널(102)의 내부 벽면에 중공형 마이크로 채널구조체(110)를 형성한다.Next, as shown in FIG. 7, the inner wall surface of the
상기 마이크로 구조체는 실리콘기판(100)의 내부에 형성된 공동 채널(102)의 내부 벽면을 산화시켜 형성된 실리콘 산화막으로써, 공동 채널(102)의 내부 벽면을 따라 공동 채널(102)에 대응하는 중공형 파이프 형상으로 형성될 수 있다. 기존과 달리, 본 발명에서는 마이크로 채널구조체를 형성하기 위해 복잡한 여러 단계의 패터닝 및 식각 공정을 수행할 필요없이, 단순히 공동 채널(102)의 내부 공간을 따라 산소를 공급하여 공동 채널(102)의 내부 벽면을 산화시킴으로써 중공형 마이크로 채널구조체를 형성할 수 있다.The microstructure is a silicon oxide film formed by oxidizing the inner wall surface of the
참고로, 본 발명의 실시예에서는 폴리실리콘 박막층(130)이 먼저 형성된 후, 마이크로 채널구조체(110)가 형성된 예를 들어 설명하고 있지만, 경우에 따라서는 마이크로 채널구조체가 형성된 후 폴리실리콘 박막층이 형성되는 것도 가능하다.For example, in the embodiment of the present invention, the
다음, 상기 마이크로 채널구조체(110)가 실리콘기판(100)에 대해 공진 운동 가능하도록 마이크로 채널구조체(110)의 주변을 부분적으로 제거한다.Next, the periphery of the
참고로, 여기서, 상기 마이크로 채널구조체(110)가 실리콘기판(100)에 대해 공진 운동 가능하도록 마이크로 채널구조체(110)의 주변을 부분적으로 제거한다 함은, 마이크로 채널구조체(110)가 실리콘기판(100)에 대해 공진 운동할 수 있는 구조가 되도록, 마이크로 채널구조체(110)의 주변에 대응하는 실리콘기판(100) 부위를 부분적으로 제거하여 공진공간(103)을 형성하는 것으로 이해될 수 있다.Partially removing the periphery of the
상기 마이크로 채널구조체(110)가 실리콘기판(100)에 대해 공진 운동 가능한 구조로서는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 구조가 적용될 수 있다. 일 예로, 상기 마이크로 채널구조체(110)의 주변을 부분적으로 제거함에 따라, 상기 마이크로 채널구조체(110)는 일단에 고정단을 가지며 타단에 자유단을 갖는 캔틸레버(cantilever) 구조로 제공될 수 있다. 다른 일 예로, 상기 마이크로 채널구조체(110)의 주변을 부분적으로 제거함에 따라, 상기 마이크로 채널구조체(110)는 양단에 고정단을 갖는 브릿지(bridge) 구조로 제공될 수 있다.As the structure in which the
상기 마이크로 채널구조체(110)의 주변의 제거 공정은 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 방식으로 구현될 수 있다. 일 예로, 상기 마이크로 채널구조체(110)의 주변을 부분적으로 제거하는 단계는, 도 8과 같이 상기 실리콘기판(100)의 상면에 제2포토레지스트 패턴(140)을 패터닝하는 단계, 도 9와 같이 상기 제2포토레지스트 패턴(140)을 이용하여 실리콘기판(100)에서 마이크로 채널구조체(110)의 주변을 부분적으로 제2에칭하는 단계, 및 상기 제2포토레지스트 패턴(140)을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.The process of removing the periphery of the
참고로, 전술한 제1 및 제2포토레지스트 패턴(140)을 이용한 제1에칭 및 제2에칭 공정으로서는 통상의 포토레지스트 패턴을 이용한 습식 또는 건식 에칭 공정이 적용될 수 있으며, 포토레지스트 패턴 및 에칭 공정의 종류 및 특성에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 또한, 제1 및 제2포토레지스트 패턴(140)의 제거 공정 역시 통상의 애싱(ashing) 및 스트립(strip) 공정에 의해 수행될 수 있다.For reference, the first etching and the second etching using the first and
다음, 도 10과 같이, 상기 마이크로 채널구조체(110)의 상면에 제1전극층(120)을 형성할 수 있다.Next, as shown in FIG. 10, the
상기 제1전극층(120)은 마이크로 채널구조체(110)의 상면에 금속층을 증착함으로써 형성될 수 있다. 상기 제1전극층(120)으로서는 후술할 제2전극층(210)과 정전기력 작용 가능한 다양한 단일 또는 합금 금속 재질이 사용될 수 있으며, 제1전극층(120)의 종류 및 특성에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 참고로, 상기 제2전극층(210)에 전원이 인가됨에 따라 제2전극층(210)과 정전기력 작용하는 제1전극층(120)에 의해 마이크로 채널구조체가 공진 운동할 수 있다.The
다음, 도 11과 같이, 상기 제1전극층(120)과 이격되게 제2전극층(210)을 갖는 글라스기판(200)을 상기 실리콘기판(100)의 상면에 접합한다.11, a
상기 글라스기판(200)은 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 방식으로 제공될 수 있다. 일 예로, 상기 글라스기판(200)은 글라스기판(200)의 표면에 제3포토레지스트 패턴을 패터닝하는 단계, 상기 제3포토레지스트 패턴을 이용하여 상기 글라스기판(200)의 표면을 제3에칭하여 글라스기판(200)의 표면에 공진 공간을 형성하는 단계, 및 상기 공진 공간 상에 제2전극층(210)을 형성하는 단계에 의해 제공될 수 있다.The
상기 제2전극층(210)은 제1전극층(120)은 동일 또는 유사한 재질로 형성될 수 있으며, 제2전극층(210)에는 외부 전원이 연결될 수 있다. 상기 글라스기판(200)은 공진 공간이 형성된 표면이 실리콘기판(100)의 상면(마이크로 채널구조체(110)가 노출되는 면)을 마주하도록 접합될 수 있다.The
참고로, 도 9 내지 도 11에서 도시된 마이크로 채널구조체는 캔틸레버 방식의 마이크로 채널구조체의 단부에 대응하는 부위가 될 수 있다.For reference, the microchannel structure shown in Figs. 9 to 11 may be a portion corresponding to an end of the cantilever type microchannel structure.
아울러, 전술 및 도시한 본 발명의 실시예에서는 제1전극층(120) 및 제2전극층(210) 간의 정전기적인 여기(excitation)에 의해 마이크로 채널구조체(110)가 공진 운동하도록 구성된 예를 들어 설명하고 있지만, 경우에 따라서는 여타 다른 기계적인 여기 방식 의해 마이크로 채널구조체가 공진 운동하도록 구성하는 것도 가능하다.In addition, in the above-described embodiment of the present invention, the
한편, 도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 마이크로채널 공진기를 설명하기 위한 도면이다.14 is a view for explaining a microchannel resonator according to another embodiment of the present invention.
전술한 본 발명의 실시예에서는 마이크로 채널구조체(110)가 캔틸레버 구조로 제공된 예를 들어 설명하고 있지만, 본 발명의 다른 실시예에 따르면 마이크로 채널구조체(110)가 공진 운동 가능한 다른 구조로 제공되는 것도 가능하다.In the above-described embodiment of the present invention, the
도 14를 참조하면, 마이크로 채널구조체(110)의 주변을 부분적으로 제거함에 따라, 상기 마이크로 채널구조체(110)는 양단에 고정단을 갖는 브릿지(bridge) 구조로 제공될 수 있다. 참고로, 브릿지 구조의 마이크로 채널구조체(110)에서도 전술한 제1전극층(120) 및 제2전극층(210)과 같은 여기 수단에 의해 마이크로 채널구조체(110)가 공진 운동하도록 구성될 수 있다.Referring to FIG. 14, the
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the present invention has been described with reference to the preferred embodiments thereof, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit and scope of the invention as defined in the following claims. It can be understood that
100 : 실리콘기판 101 : 트렌치
102 : 공동 채널 110 : 마이크로 채널구조체
120 : 제1전극층 130 : 폴리실리콘 박막층
200 : 글라스기판 201 : 공진 공간
210 : 제2전극층100: silicon substrate 101: trench
102: cochannel 110: microchannel structure
120: first electrode layer 130: polysilicon thin film layer
200: glass substrate 201: resonance space
210: second electrode layer
Claims (12)
실리콘기판을 제공하는 단계;
상기 실리콘기판의 내부에 공동 채널(cavity channel)을 형성하는 단계;
상기 공동 채널의 내부 벽면을 산화시켜 상기 공동 채널의 내부 벽면에 중공형 마이크로 채널구조체(micro channel structure)를 형성하는 단계; 및
상기 마이크로 채널구조체가 상기 실리콘기판에 대해 공진 운동 가능하도록 상기 마이크로 채널구조체의 주변을 부분적으로 제거하는 단계;
를 포함하는 마이크로채널 공진기 제조방법.A method of manufacturing a microchannel resonator capable of measuring a mass and a characteristic of an object using a principle that a resonance frequency changes according to a mass of a moving material,
Providing a silicon substrate;
Forming a cavity channel in the silicon substrate;
Forming a hollow microchannel structure on the inner wall surface of the cavity channel by oxidizing the inner wall surface of the cavity channel; And
Partially removing the periphery of the microchannel structure such that the microchannel structure can resonate with respect to the silicon substrate;
Wherein the microchannel resonator comprises a plurality of microchannel resonators.
상기 실리콘기판의 내부에 공동 채널(cavity channel)을 형성하는 단계는,
상기 실리콘기판 상에 복수개의 트렌치(trench)를 형성하는 단계; 및
상기 복수개의 트렌치를 이용하여 상기 실리콘기판의 내부에 상기 공동 채널을 형성할 수 있도록 상기 실리콘기판을 어닐링(annealing)하는 단계;를 포함하고,
상기 실리콘기판의 어닐링시 서로 인접한 상기 트렌치가 서로 연결되며 상호 협조적으로 상기 공동 채널을 형성하는 것을 특징으로 하는 마이크로채널 공진기 제조방법.The method according to claim 1,
The step of forming a cavity channel in the silicon substrate includes:
Forming a plurality of trenches on the silicon substrate; And
And annealing the silicon substrate to form the cavity channel in the silicon substrate using the plurality of trenches,
Wherein the trenches adjacent to each other at the time of annealing the silicon substrate are connected to each other to cooperatively form the cavity channel.
상기 트렌치를 형성하는 단계는,
상기 실리콘기판 상에 제1포토레지스트 패턴을 패터닝하는 단계;
상기 제1포토레지스트 패턴을 이용하여 상기 실리콘기판의 표면을 제1에칭하는 단계; 및
상기 제1포토레지스트 패턴을 제거하는 단계;를 포함하고,
상기 트렌치는 상기 제1에칭시 형성되는 것을 특징으로 하는 마이크로채널 공진기 제조방법.3. The method of claim 2,
Wherein forming the trench comprises:
Patterning a first photoresist pattern on the silicon substrate;
First etching the surface of the silicon substrate using the first photoresist pattern; And
And removing the first photoresist pattern,
Wherein the trench is formed during the first etching.
상기 마이크로 채널구조체의 주변을 부분적으로 제거하는 단계는,
상기 실리콘기판의 상면에 제2포토레지스트 패턴을 패터닝하는 단계;
상기 제2포토레지스트 패턴을 이용하여 상기 실리콘기판에서 상기 마이크로 채널구조체의 주변을 부분적으로 제2에칭하는 단계; 및
상기 제2포토레지스트 패턴을 제거하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로채널 공진기 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein partially removing the periphery of the microchannel structure comprises:
Patterning a second photoresist pattern on the top surface of the silicon substrate;
Partially etching the periphery of the microchannel structure in the silicon substrate using the second photoresist pattern; And
Removing the second photoresist pattern;
And forming a microchannel resonator on the substrate.
상기 마이크로 채널구조체의 주변을 부분적으로 제거함에 따라, 상기 마이크로 채널구조체는 일단에 고정단을 가지며 타단에 자유단을 갖는 캔틸레버(cantilever) 구조로 제공되는 것을 특징으로 하는 마이크로채널 공진기 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the microchannel structure is provided with a cantilever structure having a fixed end at one end and a free end at the other end by partially removing the periphery of the microchannel structure.
상기 마이크로 채널구조체의 주변을 부분적으로 제거함에 따라, 상기 마이크로 채널구조체는 양단에 고정단을 갖는 브릿지(bridge) 구조로 제공되는 것을 특징으로 하는 마이크로채널 공진기 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the microchannel structure is provided with a bridge structure having a fixed end at both ends by partially removing the periphery of the microchannel structure.
상기 공동 채널을 형성한 후 상기 실리콘기판의 상면에 폴리실리콘 박막층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로채널 공진기 제조방법.The method according to claim 1,
And forming a polysilicon thin film layer on the upper surface of the silicon substrate after forming the cavity channel.
상기 폴리실리콘 박막층을 형성하는 단계는,
상기 실리콘기판의 상면에 폴리실리콘층을 증착하는 단계; 및
상기 폴리실리콘층의 상면 리세스가 제거되도록 상기 폴리실리콘층의 상면을 폴리싱하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로채널 공진기 제조방법.8. The method of claim 7,
Wherein forming the polysilicon thin film layer comprises:
Depositing a polysilicon layer on the top surface of the silicon substrate; And
Polishing an upper surface of the polysilicon layer such that an upper surface recess of the polysilicon layer is removed;
And forming a microchannel resonator on the substrate.
상기 실리콘기판에 글라스기판을 접합하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로채널 공진기 제조방법.The method according to claim 1,
And bonding the glass substrate to the silicon substrate. ≪ RTI ID = 0.0 > 11. < / RTI >
상기 글라스기판을 접합하기 전에 상기 마이크로 채널구조체의 상면에 제1전극층을 형성하는 단계를 더 포함하고,
상기 글라스기판에는 상기 제1전극층과 이격되게 제2전극층이 제공되는 것을 특징으로 하는 마이크로채널 공진기 제조방법.10. The method of claim 9,
Further comprising forming a first electrode layer on an upper surface of the microchannel structure before bonding the glass substrate,
Wherein the glass substrate is provided with a second electrode layer spaced apart from the first electrode layer.
상기 글라스기판은,
상기 글라스기판의 표면에 제3포토레지스트 패턴을 패터닝하는 단계;
상기 제3포토레지스트 패턴을 이용하여 상기 글라스기판의 표면을 제3에칭하여 상기 글라스기판의 표면에 공진 공간을 형성하는 단계; 및
상기 공진 공간 상에 상기 제2전극층을 형성하는 단계;를 포함하는 공정에 의해 제공되는 것을 특징으로 하는 마이크로채널 공진기 제조방법.11. The method of claim 10,
The above-
Patterning a third photoresist pattern on the surface of the glass substrate;
Etching the surface of the glass substrate using the third photoresist pattern to form a resonance space on the surface of the glass substrate; And
And forming the second electrode layer on the resonant space. ≪ RTI ID = 0.0 > 21. < / RTI >
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