KR101890477B1 - 나노구조물이 형성된 형광 기판의 제조방법 및 이에 의해 제작된 형광 기판 - Google Patents

나노구조물이 형성된 형광 기판의 제조방법 및 이에 의해 제작된 형광 기판 Download PDF

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Abstract

본 발명은 나노구조물이 형성된 형광 기판의 제조방법 및 이에 의해 제작된 형광 기판에 관한 것으로, 기판 상에 포토레지스트층을 형성하는 코팅단계; 상기 포토레지스트층에 양각영역의 상대적인 돌출을 가능하게 하는 제거영역이 형성될 수 있도록, 그 제거영역과 대응되는 홀 어레이가 형성된 마스크를 상기 포토레지스트층에 배치시킨 후 상기 마스크 측으로 빛을 조사시키는 노광단계; 상기 마스크를 포토레지스트층으로부터 제거하는 마스크 제거단계; 상기 제거영역을 포함한 상기 포토레지스트층의 전체 표면에 나노 사이즈의 금속 구조물층을 형성시키는 나노 구조물 형성단계; 및 상기 제거영역의 제거에 의해 상대적으로 돌출 형성되는 상기 양각영역 부분에만, 상기 나노 사이즈의 금속 구조물층이 형성될 수 있도록, 상기 포토레지스트층을 현상시킴으로써 상기 제거영역 및 상기 금속 구조물층의 그 제거영역에 놓여진 부분을 함께 제거시키는 양각형 나노 구조물 생성단계를 포함하여 이루어진다.

Description

나노구조물이 형성된 형광 기판의 제조방법 및 이에 의해 제작된 형광 기판{Manufacturing method of fluorescent substrate that have a naso-structure and a fluorescent substrate manufactured by the method}
본 발명은 나노구조물이 형성된 형광 기판의 제조방법 및 이에 의해 제작된 형광 기판에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기판 상에 선택적으로 나노 사이즈의 금속 구조물층을 형성시킴으로써 형광 분석 과정에서 신호대 잡음비를 개선시킬 수 있도록 하는 나노구조물이 형성된 형광 기판 및 그 제조방법에 관한 것이다.
형광 분석법은 널리 알려진 분석 방법으로서, DNA 및 Protein의 반응 분석을 위한 마이크로 어레이 에세이(Microarrays assays)에 널리 사용되고 있다. 현재의 형광 마이크로 어레이 바이오칩 기술은, 고농도 시료에 대해서는 비교적 정확한 분석이 가능하나, 저농도 시료에 대해서는 낮은 검출 한계로 인하여 신뢰성 및 일관성을 확보하기 어렵다.
따라서, 저농도 시료에 대한 분석 신뢰도 향상을 위해 다양한 형태의 형광신호 증폭 연구가 널리 이루어지고 있다. 대표적으로 나노사이즈인 금속 구조물의 표면 플라즈몬 효과를 이용하는 형광 기판이 개발되고 있다.
도 1을 참조하면 일반적인 형광기판은 기판(100) 상에 양각의 포토레지스트층(200)을 포함하고, 그 포토레지스트층(200)의 표면에 금속 구조물(400)이 구비되어 이루어진다. 이러한 형광기판의 포토레지스트층(200)은 여러 공정을 거쳐 양각형으로 형성된다. 또한, 금속 구조물(400)은 회전 경사 증착(Glancing angle deposition; GLAD)에 의해 형성된다.
일반적으로 회전 경사 증착을 통해 금속 구조물(400)을 형성시킬 경우, 양각영역의 포토레지스트층(200) 표면과 함께 음각으로 이루어진 포토레지스트층(200)과 기판(100)에도 그 금속 구조물(400)이 형성되는 문제점이 있다. 따라서, 종래의 형광 기판은 분석 시료가 부착되지 않는 음각영역의 포토레지스트층(200)에도 형광 신호 증폭이 발생되어 신호대 잡음비를 감소시키는 문제점을 가진다.
또한, 회전 경사 증착을 통해 금속 구조물(400)을 형성시킬 경우, 양각영역의 기둥측면에도 나노구조의 금속 구조물(400)이 형성되며 이로 인해 스포팅(spotting) 시 드롭(drop)의 퍼짐현상 및 균일도가 저하되는 문제점을 가진다.
종래기술로는 한국등록특허 제10-2014-0098032호 「신호대 잡음비 향상 금속 형광강화 기판 및 그 제조 방법과, 이를 이용한 바이오칩」이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 개선된 공정 과정을 통해 기판 상에 양각영역을 효과적으로 생성시키고 그 양각영역의 표면에만 정밀하게 나노 사이즈의 금속 구조물층을 형성시킬 수 있고, 마이크로 구조물을 이용하여 생체 수용기가 도포되는 영역인 스팟 영역을 균일화할 수 있도록 하는 나노구조물이 형성된 형광 기판의 제조방법을 제공하고자 한다.
또한, 양각영역의 금속 구조물층에서만 형광 신호 증폭 효과를 발생시킴으로써, 신호대 잡음비를 개선시킬 수 있는 나노구조물이 형성된 형광 기판을 제공하고자 한다.
본 발명의 해결과제는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 나노구조물이 형성된 형광 기판의 제조방법 및 이에 의해 제작된 형광 기판은, 기판 상에 포토레지스트층을 형성하는 코팅단계; 상기 포토레지스트층에 양각영역의 상대적인 돌출을 가능하게 하는 제거영역이 형성될 수 있도록, 그 제거영역과 대응되는 홀 어레이가 형성된 마스크를 상기 포토레지스트층에 배치시킨 후 상기 마스크 측으로 빛을 조사시키는 노광단계; 상기 마스크를 포토레지스트층으로부터 제거하는 마스크 제거단계; 상기 제거영역을 포함한 상기 포토레지스트층의 전체 표면에 나노 사이즈의 금속 구조물층을 형성시키는 나노 구조물 형성단계; 및 상기 제거영역의 제거에 의해 상대적으로 돌출 형성되는 상기 양각영역 부분에만, 상기 나노 사이즈의 금속 구조물층이 형성될 수 있도록, 상기 포토레지스트층을 현상시킴으로써 상기 제거영역 및 상기 금속 구조물층의 그 제거영역에 놓여진 부분을 함께 제거시키는 양각형 나노 구조물 생성단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 나노 구조물 형성단계에서는 회전 경사 증착을 통해 상기 나노 사이즈의 금속 구조물층을 형성된다.
상기 양각형 나노 구조물 생성단계는, 상기 포토레지스트층의 제거영역을 그 포토레지스트층으로부터 제거시킴으로써, 상기 기판이 외부로 노출되는 상태로 형성되는 음각영역과 잔류한 포토레지스트층에 의해 형성된 양각영역을 구별되게 생성시키고, 상기 양각영역 상에 상기 나노 사이즈의 금속 구조물층이 형성되게 하는 것이 바람직하다.
상기 코팅단계는, 상기 기판 상에 포토레지스트를 스핀 코팅하여 상기 포토레지스트층을 형성시키도록 구성되는 것이 바람직하다.
본 발명은 상기 코팅단계에서 형성된 상기 포토레지스트 층을 경화시키는 경화단계를 포함하는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 나노구조물이 형성된 형광 기판의 제조방법 및 이에 의해 제작된 형광 기판은, 기판 상에 스핀 코팅을 통해 포토레지스트 층을 형성시키고, 노광단계를 통해 그 포토레지스트층에서 선택적으로 제거영역을 생성시키며, 회전 경사 증착을 통해 제거영역을 포함한 포토레지스트층의 전체 표면에 나노 사이즈의 금속 구조물층을 형성시키고, 그 포토레지스트층을 현상하여 감광된 제거영역과 그 제거영역에 형성된 나노 사이즈의 금속 구조물층을 함께 선택적으로 제거함으로써, 그 포토레지스트층에서 양각영역을 효과적으로 생성시킬 수 있고 양각영역의 그 포토레지스트층에만 나노 사이즈의 금속 구조물층을 정밀하게 형성시킬 수 있으며, 마이크로 구조물을 이용하여 생체 수용기가 도포되는 영역인 스팟 영역을 균일화하여 스포팅(spotting) 시 드롭(drop)의 퍼짐현상 및 균일도를 높이는 효과를 도출한다.
또한, 양각영역의 포토레지스트층에만 나노 사이즈의 금속 구조물층이 형성됨으로써, 양각영역의 금속 구조물층에서만 형광 신호 증폭 효과를 발생시킬 수 있게 됨에 따라 신호대 잡음비를 개선시킬 수 있는 효과를 도출한다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.
도 1은 종래기술에 따른 형광 기판을 설명하기 위한 측면도.
도 2 및 3은 본 발명의 일실시예에 따른 나노구조물이 형성된 형광 기판의 제조방법 및 이에 의해 제작된 형광 기판을 설명하기 위한 순서도.
이하, 본 발명의 일실시예에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 그 구성 및 작용을 설명한다. 도 2 및 3은 본 발명의 일실시예에 따른 나노구조물이 형성된 형광 기판의 제조방법 및 이에 의해 제작된 형광 기판을 설명하기 위한 순서도이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 나노구조물이 형성된 형광 기판의 제조방법은 코팅단계(S100), 노광단계(S200), 마스크 제거단계(S300), 나노 구조물 형성단계(S400), 양각형 나노 구조물 생성단계(S500)를 포함하여 이루어진다.
상기 코팅단계(S100)는, 기판(100) 상에 포토레지스트(Photo Resist;PR)층을 형성시키는 단계이다. 상기 코팅단계(S100)에서는 상기 기판(100)의 표면에 포토레지스트를 도포시키며 그 기판(100)을 회전시킴으로써, 상기 포토레지스트층(200)을 형성시킨다. 여기서, 상기 기판(100)은 글라스 기판으로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 코팅단계(S100)에서는 스핀 코팅(Spin coating)을 통해 상기 포토레지스트를 상기 기판(100) 상에 코팅시킨다. 상기 스핀 코팅은 스핀 코팅 모듈(미도시)에 의해 이루어지는 것이 바람직하다.
아울러, 본 발명은 경화단계(S110)를 포함한다. 상기 경화단계(S110)는, 상기 코팅단계(S100)에서 형성된 상기 포토레지스트층(200)을 경화시킨다. 상기 포토레지스트층(200)에서 경화는 자외선에 의해 이루어진다. 상기 경화를 위한 자외선은 자외선 발생 모듈(미도시)에 의해 발생될 수 있다.
상기 노광단계(S200)는, 상기 코팅단계(S100)에서 형성시킨 상기 포토레지스트층(200)에 제거영역을 형성시키는 단계이다. 상기 노광단계(S200)는, 상기 포토레지스트층(200) 상에 홀 어레이(300a)가 형성된 마스크(300)를 배치시키고, 그 마스크(300) 측으로 빛을 조사시킨다. 상기 노광단계(S200)에서는, 상기 빛이 상기 홀 어레이(300a)를 경유하여 상기 포토레지스트층(200) 측으로 조사되도록 한다.
상기 노광단계(S200)에서 상기 빛이 상기 포토레지스트층(200)으로 조사되면, 그 포토레지스트층(200)에는 상기 홀 어레이(300a)와 대응되는 부분에 상기 제거영역(R)이 형성된다. 즉, 상기 노광단계(S200)에서는, 상기 포토레지스트층(200)에 양각영역(A)의 상대적인 돌출을 가능하게 하는 제거영역(R)을 형성시킨다.
상기 노광단계(S200)에서 상기 홀 어레이(300a)가 형성된 상기 마스크(300)는, 포토 리소그래피 공정, 반도체 식각 공정, 기계가공 등으로 제조될 수 있다. 상기 홀 어레이(300a)는, 상기 포토레지스트층(200)에 상기 제거영역(R)을 형성시키기 위한 패턴으로, 그 패턴에 따라 제거영역(R)의 형태가 구현된다. 따라서, 상기 홀 어레이(300a)에 따라 상기 제거영역(R)이 결정된다.
상기 노광단계(S200)에서 빛은, 자외선(UltraViolet rays; UV)이며 그 빛이 조사됨으로써 형성된 상기 제거영역(R)은 감광(感光)에 의해 상기 포토레지스트층(200)에서 형성된다. 감광에 의한 상기 제거영역(R)은, 상기 마스크(300)에 의해 빛이 조사되지 않은 상기 포토레지스트층(200)과 구분되어 진다.
상기 마스크 제거단계(S300)는, 상기 마스크(300)를 상기 포토레지스트층(200)으로부터 제거시키는 단계이다. 상기 마스크 제거단계(S300)는, 상기 노광단계(S200)에서 상기 포토레지스트층(200)에 상기 제거영역(R)을 형성시킨 후 수행되는 것으로, 상기 마스크(300)를 제거시킴으로써 나노 구조물 형성단계(S400)의 진행을 가능하게 한다.
상기 나노 구조물 형성단계(S400)는, 상기 포토레지스트층(200)의 표면에 나노 사이즈의 금속 구조물층(400)을 형성시키는 단계이다. 상기 나노 구조물 형성단계(S400)에서는 상기 제거영역(R)이 포함된 포토레지스트층(200)의 전체 표면에 나노 사이즈의 금속 구조물층(400)이 형성되게 한다. 이로 인해, 상기 제거영역(R)의 표면과 그 제거영역(R)이외의 상기 포토레지스트층(200) 표면에는, 상기 나노 사이즈의 금속 구조물층(400)이 고르게 마련된다.
상기 나노 구조물 형성단계(S400)에서 형성되는 상기 나노 사이즈의 금속 구조물층(400)은 금(Au) 및 은(Ag)을 포함하여 구성될 수 있으나, 이에 제한되지는 않을 것이다. 상기 나노 구조물 형성단계(S400)는, 회전 경사 증착(Glancing Angle Deposition; GLAD)을 통해 상기 나노 사이즈의 금속 구조물층(400)을 형성시킨다. 이를 위해, 상기 나노 구조물 형성단계(S400)에서는 회전 경사 증착 모듈(미도시)이 사용되는 것이 바람직하다.
상기 양각형 나노 구조물 생성단계(S500)는, 상기 노광단계(S200)에서 형성된 상기 제거영역(R)을 제거시키는 단계이다. 상기 양각형 나노 구조물 생성단계(S500)에서는, 상기 포토레지스트층(200)을 현상(Develop)시킴으로써 상기 제거영역(R) 및 상기 나노 사이즈의 금속 구조물층(400)의 그 제거영역(R)에 놓여진 부분을 함께 제거시킨다.
즉 상기 양각형 나노 구조물 생성단계(S500)는 상기 포토레지스트층(200)의 상기 제거영역(R)을 그 포토레지스트층(200)으로부터 제거시킴으로써, 상기 기판(100)이 외부로 노출되는 상태로 형성되는 음각영역(B)과 잔류한 상기 포토레지스트층(200)에 의해 형성된 양각영역(A)을 구별되게 생성시킨다.
이로 인해 상기 양각형 나노 구조물 생성단계(S500)에서는, 상기 제거영역(R)의 제거에 의해 상대적으로 돌출 형성되는 상기 양각영역(A) 부분에만 상기 나노 사이즈의 금속 구조물층(400)이 형성될 수 있도록 한다. 상기 양각형 나노 구조물 생성단계(S500)에서는, 상기 포토레지스층(200)에서 감광된 상기 제거영역(R)을 선택적으로 제거하기 위해 현상 모듈(미도시)이 사용할 수 있다. 또한, 상기 노광단계(S200)에서는 빛의 조사를 위해 노광모듈(미도시)이 사용되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 나노구조물이 형성된 형광 기판의 제조방법은, 상기 코팅단계(S100)에서 스핀 코팅을 통해 상기 기판(100)상에 상기 포토레지스트층(200)을 형성시키고, 상기 노광단계(S200)에서 상기 마스크(300)를 경유해 상기 포토레지스트층(200)으로 빛을 조사하여 상기 제거영역(R)을 형성시킨다.
이후, 상기 마스크 제거단계(S300)에서 상기 마스크(300)를 제거한 후 상기 나노 구조물 형성단계(S400)에서 상기 제거영역(R)이 포함된 상기 포토레지스트층(200)의 전체 표면에 상기 나노 사이즈의 금속 구조물층(400)을 형성시킨다. 아울러, 상기 양각형 나노 구조물 생성단계(S500)에서 상기 포토레지스트층(200)을 현상시킴으로써 상기 제거영역(R)과 그 제거영역(R)에 형성된 상기 나노 사이즈의 금속 구조물층(400)을 함께 제거시킨다.
이와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 나노구조물이 형성된 형광 기판의 제조방법은, 상기 코팅단계(S100)부터 상기 양각형 나노 구조물 생성단계(S500)까지 공정을 실시함으로써 상기 기판(100) 상의 포토레지스트층(200)에서 양각영역(A)을 효과적으로 형성시킬 수 있고, 그 양각영역(A)에만 정밀하게 상기 나노 사이즈의 금속 구조물층(400)을 형성시킬 수 있는 효과를 도출한다. 또한, 마이크로 구조물을 이용하여 생체 수용기가 도포되는 영역인 스팟 영역을 균일화하여 스포팅(spotting) 시 드롭(drop)의 퍼짐현상 및 균일도를 높일 수 있다.
상기 코팅단계(S100) 내지 상기 양각형 나노 구조물 생성단계(S500)에 의해 제조된 본 발명에 의한 나노구조물이 형성된 형광 기판은, 상기 기판(100) 상에 상기 포토레지스트층(200)이 양각형 구조의 상기 양각영역(A)으로 이루어지고, 그 양각영역(A)의 표면에만 정밀하게 나노 사이즈의 금속 구조물층(400)이 마련되게 함으로써, 그 상기 나노 사이즈의 금속 구조물층(400)에서만 형광 신호 증폭 효과를 발생시킬 수 있어 신호대 잡음비를 향상시킬 수 있는 효과를 가진다.
아울러, 이러한 형광 기판은, 양각영역(R)으로 이루어진 상기 포토레지스트층(200)에만 형성된 나노 사이즈의 금속 구조물층(400)에, 생체 수용기가 부착된 마이크로 어레이 바이오 칩 분야에 사용될 수도 있다.
여기서, 생체 수용기가 상기 나조 사이즈의 금속 구조물층(400)에만 도포되는 경우, 양각형태의 포토레지스트층(200)과 그 포토레지스트층(200) 표면에만 정밀하게 형성된 나노 사이즈의 금속 구조물층(400)에 의해, 균일한 크기의 스팟 영역(분석시료가 부착되는 영역)을 획득할 수 있다. 또한, 상기 마이크로 어레이 바이오 칩은 그 스팟 영역 내에서만, 금속 나노 구조의 표면 플라즈몬 효과에 의한 형광 증폭 현상이 발생하게 되는 효과를 도출하게 된다.
본 실시예 및 본 명세서에서 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사항의 일부를 명확하게 나타내고 있는 것에 불과하며, 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것이 자명하다고 할 것이다.
100: 기판 200: 포토레지스트층
300: 마스크 400: 나노 사이즈의 금속 구조물층

Claims (6)

  1. 기판 상에 포토레지스트층을 형성하는 코팅단계;
    상기 포토레지스트층에 양각영역의 상대적인 돌출을 가능하게 하는 제거영역이 형성될 수 있도록, 그 제거영역과 대응되는 홀 어레이가 형성된 마스크를 상기 포토레지스트층에 배치시킨 후 상기 마스크 측으로 빛을 조사시키는 노광단계;
    상기 마스크를 포토레지스트층으로부터 제거하는 마스크 제거단계;
    상기 제거영역을 포함한 상기 포토레지스트층의 전체 표면에 나노 사이즈의 금속 구조물층을 형성시키는 나노 구조물 형성단계; 및
    상기 제거영역의 제거에 의해 상대적으로 돌출 형성되는 상기 양각영역 부분에만, 상기 나노 사이즈의 금속 구조물층이 형성될 수 있도록, 상기 포토레지스트층을 현상시킴으로써 상기 제거영역 및 상기 금속 구조물층의 그 제거영역에 놓여진 부분을 함께 제거시키는 양각형 나노 구조물 생성단계를 포함하여 이루어지는 나노구조물이 형성된 형광 기판의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 나노 구조물 형성단계는,
    회전 경사 증착을 통해 상기 나노 사이즈의 금속 구조물층을 형성시키는 것을 특징으로 하는 나노구조물이 형성된 형광 기판의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 양각형 나노 구조물 생성단계는,
    상기 포토레지스트층의 제거영역을 그 포토레지스트층으로부터 제거시킴으로써, 상기 기판이 외부로 노출되는 상태로 형성되는 음각영역과 잔류한 포토레지스트층에 의해 형성된 양각영역을 구별되게 생성시키고,
    상기 양각영역 상에 상기 나노 사이즈의 금속 구조물층이 형성되게 하는 것을 특징으로 하는 나노구조물이 형성된 형광 기판의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 코팅단계는,
    상기 기판 상에 포토레지스트를 스핀 코팅하여 상기 포토레지스트층을 형성하는 것을 특징으로 하는 나노구조물이 형성된 형광 기판의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 코팅단계에서 형성된 상기 포토레지스트 층을 경화시키는 경화단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노구조물이 형성된 형광 기판의 제조방법.
  6. 삭제
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