KR101917965B1 - 온도 측정 장치 - Google Patents

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KR101917965B1
KR101917965B1 KR1020170183094A KR20170183094A KR101917965B1 KR 101917965 B1 KR101917965 B1 KR 101917965B1 KR 1020170183094 A KR1020170183094 A KR 1020170183094A KR 20170183094 A KR20170183094 A KR 20170183094A KR 101917965 B1 KR101917965 B1 KR 101917965B1
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하정숙
오주현
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고려대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 온도 측정 장치 및 그의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명의 온도 측정 장치는 서로 대향된 제1 면과 제2 면을 갖는 흡착 기판; 상기 제1 면 상에 위치되고, 온도에 따라 그의 부피가 변화하는 제1 온도 반응 층; 및 상기 제1 온도 반응 층 상에 위치되고, 서로 이격된 제1 및 제2 전극들을 포함하고, 상기 제1 온도 반응 층은, 전도성 물질을 포함하고, 상기 제1 온도 반응 층의 전기 저항 값은, 그의 부피 변화에 따라 가변될 수 있다.

Description

온도 측정 장치{Temperature measuring apparatus and manufacturing methed thereof}
본 발명은 온도 측정 장치 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
최근 유연하게 구부러지는 플렉서블(flexible) 전자기기가 개발되고 있다. 플렉서블 전자기기 중 플렉서블 디스플레이는 디자인의 자유도, 즉 공간의 제약을 받지 않고 어떤 기기에든 장착이 가능하다는 이유 때문에 전 세계적으로 각광을 받고 있다. 이러한 플렉서블 전자기기는 계속적으로 진화하고 있는데, 그 첫 단계가 휘어지고 깨지지 않으며 접을 수 있는 전자기기이다. 여기서 더 진화한 것이 둘둘 말 수 있고(rollable), 잡아 당기거나 밀어 넣을 수 있는 스트레처블(strechable) 전자기기이다. 스트레처블 전자기기는 옷이나 시계, 안경처럼 사용자가 자유롭게 몸에 착용하고 다닐 수 있는 웨어러블 전자기기에 응용된다.
플렉서블 전자기기 또는 스트레처블 전자기기는 의학 및/또는 헬스케어 분야에 많이 적용되고 있다. 예를 들면, 플렉서블 전자기기는 표면이 평평하지 않은 대상물의 온도를 측정하는 온도센서로도 많이 적용되고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 피부 등에 대한 흡착력이 우수하고, 미세한 온도 변화를 측정할 수 있는 온도 측정 장치 및 그의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 간단한 구조를 가지며, 용이하게 제조될 수 있는 온도 측정 장치 및 그의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 온도 측정 장치는, 서로 대향된 제1 면과 제2 면을 갖는 흡착 기판; 상기 제1 면 상에 위치되고, 온도에 따라 그의 부피가 변화하는 제1 온도 반응 층; 및 상기 제1 온도 반응 층 상에 위치되고, 서로 이격된 제1 및 제2 전극들을 포함하고, 상기 제1 온도 반응 층은, 전도성 물질을 포함하고, 상기 제1 온도 반응 층의 전기 저항 값은, 그의 부피 변화에 따라 가변된다.
본 발명에 따른 온도 측정 장치의 제조 방법은 서로 대향된 제1 면과 제2 면을 갖는 흡착 기판을 준비하는 것; 상기 흡착 기판의 상기 제1 면 상에 온도에 따라 그의 부피가 변화하는 제1 온도 반응 층을 형성하는 것; 상기 제1 온도 반응 층 상에 서로 이격된 제1 및 제2 전극들을 형성하는 것을 포함하고, 상기 제1 온도 반응 층은, 전도성 물질을 포함하고, 상기 제1 온도 반응 층의 전기 저항 값은, 그의 부피 변화에 따라 가변된다.
기타 실시 예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 실시 예들에 따르면, 온도 측정 장치는 피부 등에 대한 흡착력이 우수하고, 미세한 온도 변화를 측정할 수 있다. 온도 측정 장치는 간단한 구조를 가지며, 용이하게 제조될 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 온도 측정 장치의 평면도이다.
도 2는 도 1의 온도 측정 장치의 배면도이다.
도 3은 도 1의 I-I' 선에 다른 단면도이다.
도 4는 도 3의 A영역의 확대도이다.
도 5는 도 3의 B영역의 확대도이다.
도 6은 온도 변화에 따른 제1 온도 반응 층의 변화를 나타낸 개략도이다.
도 7은 온도 변화에 따른 온도 측정 장치의 전류 변화를 나타낸 그래프이다.
도 8은 온도 변화에 따른 온도 측정 장치의 저항 변화를 나타낸 그래프이다.
도 9는 온도 변화에 따른 제2 온도 반응 층의 변화를 나타낸 개략도이다.
도 10 내지 도 19는 도 1의 온도 측정 장치의 제조 과정을 나타낸 개략도들이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 명세서에서 기술하는 실시 예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서, 도면에서 예시된 영역들은 개략적인 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서의 다양한 실시 예들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시 예들은 그것의 상보적인 실시 예들도 포함한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자에 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 개념 및 이에 따른 실시 예들에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 온도 측정 장치의 평면도이다. 도 2는 도 1의 온도 측정 장치의 배면도이다. 도 3은 도 1의 I-I' 선에 다른 단면도이다. 도 4는 도 3의 A영역의 확대도이다. 도 5는 도 3의 B영역의 확대도이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 온도 측정 장치(10)는 사람의 피부(SK)에 부착되어, 사람의 체온을 측정할 수 있다. 온도 측정 장치(10)는 흡착 기판(100), 제1 온도 반응 층(200), 제2 온도 반응 층(300), 전도 층, 제1 전극(310), 제2 전극(320), 및 몰딩 층(400)을 포함할 수 있다. 실시 예에서, 온도 측정 장치(10)는 금속 층(600), 제1 와이어(510), 및 제2 와이어(520)를 더 포함할 수 있다. 다른 실시 예에서, 금속 층(600)은 생략될 수 있다.
흡착 기판(100)은 서로 대향된 제1 면(110)과 제2 면(120)을 가질 수 있다. 흡착 기판(100)의 제2 면(120)은 사람의 피부(SK)와 접촉되는 면일 수 있다. 흡착 기판(100)은 평면적 관점에서 사각형으로 제공될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 흡착 기판(100)은 신축될 수 있다. 이에 따라, 온도 측정 장치(10)는 플레서블하여, 웨어러블 전자 기기로 사용될 수 있다. 흡착 기판(100)은 탄성 중합체를 포함할 수 있다. 실시 예에서, 흡착 기판(100)은 PDMS(Polydimethylsiloxane)를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
흡착 기판(100)은 제2 면(120)으로부터 제1 면(110)을 향해 함몰된 적어도 하나의 흡착 홈(150)을 포함할 수 있다. 이에 따라, 흡착 기판(100)은 기체(예를 들면, 공기 등)가 수용하는 적어도 하나의 공간을 가질 수 있다.
실시 예에서, 흡착 홈(150)은 복수 개 제공될 수 있다. 복수의 흡착 홈들(150)은 서로 이격될 수 있고, 격자 패턴으로 배열될 수 있다. 흡착 홈들(150)의 각각은 평면적 관점에서 대략 원형으로 제공되나, 이에 한정되지 않는다.
흡착 홈(150)의 각각은 제1 영역(151)과 제2 영역(153)을 포함할 수 있다. 제1 영역(151)은 제1 면(110)과 이격될 수 있다. 제1 영역(151)은 제2 면(120)과 이격될 수 있다. 이에 따라, 제1 영역(151)은 제1 면(110)과 제2 면(120) 사이에 위치될 수 있다.
제2 영역(153)은 제2 면(120)으로부터 제1 영역(151)을 향해 연장되어, 제1 영역(151)과 연결될 수 있다. 제2 영역(153)은 제1 영역(151)과 수직하게 중첩될 수 있다. 제2 영역(153)의 폭은 제1 영역(151)의 폭보다 작을 수 있다. 실시 예에서, 제2 영역(153)은 제1 영역(151)의 중간 영역과 수직하게 중첩될 수 있다. 제2 영역(153)의 폭은 제2 면(120)으로부터 제1 영역(151)으로 향해 갈수록 거의 일정하게 유지될 수 있다. 이와 달리, 다른 실시 예에서, 제2 영역(153)의 폭은 제2 면(120)으로부터 제1 영역(151)을 향해 갈수록 선형 및/또는 비선형으로 증가할 수 있다.
제2 온도 반응 층(300)은 흡착 기판(100)의 제2 면(120) 상에 위치될 수 있다. 본 명세서에서, “어떤 층 상에 위치 및/또는 형성된다는 것”은 “어떤 층과 접하면서 위치 및/또는 형성된다는 것”과 “어떤 층의 위에 이격되어 위치 및/또는 형성되는 것”을 포함하는 의미일 수 있다. 제2 온도 반응 층(300)은 흡착 홈(150)의 내벽(155) 상에 위치될 수 있다. 제2 온도 반응 층(300)은 온도에 따라 그의 부피가 변화할 수 있다. 실시 예에서, 제2 온도 반응 층(300)은 온도 반응성 고분자 물질을 포함할 수 있다. 온도 반응성 고분자 물질은 폴리(N-이소프로필아크릴아마이드)(poly(N-isopropylacrylamide), pNIPAM), Poly(2-(2-methoxyethoxy)ethyl methacrylate), 및 폴리(비닐카프로락탐)(poly(N-vinylcaprolactam), pVCL) 중 어느 하나일 수 있다.
온도 반응성 고분자 물질은, 온도가 상승할 때, 수축할 수 있다. 온도 반응성 고분자 물질은 온도가 하강할 때, 팽창할 있다. 이에 따라, 제2 온도 반응 층(300)의 부피는 온도가 상승할 때, 감소할 수 있다. 제2 온도 반응 층(300)의 부피는 온도가 하강할 때, 증가할 수 있다.
흡착 홈(150)의 내벽(155) 상의 제2 온도 반응 층(300)의 부피가 감소할 때, 흡착 홈(150)의 내부 공간의 부피는 증가할 수 있다. 또한, 흡착 홈(150)의 내벽(155) 상의 제2 온도 반응 층(300)의 부피가 증가할 때, 흡착 홈(150)의 내부 공간의 부피는 감소할 수 있다. 이에 대한, 자세한 사항은 도 5에서 후술한다.
제1 온도 반응 층(200)은 흡착 기판(100)의 제1 면(110) 상에 위치될 수 있다. 실시 예에서, 제1 온도 반응 층(200)은 흡착 기판(100)의 제1 면(110)과 이격될 수 있다. 다른 실시 예에서, 제1 온도 반응 층(200)은 흡착 기판(100)의 제1 면(110)과 접촉할 수 있다.
제1 온도 반응 층(200)은 온도에 따라 그의 부피가 변화할 수 있다. 실시 예에서, 제1 온도 반응 층(200)은 온도 반응성 고분자 물질을 포함할 수 있다. 온도 반응성 고분자 물질은 온도 반응성 고분자 물질은 폴리(N-이소프로필아크릴아마이드)(poly(N-isopropylacrylamide), pNIPAM), Poly(2-(2-methoxyethoxy)ethyl methacrylate), 및 폴리(비닐카프로락탐)(poly(N-vinylcaprolactam), pVCL) 중 어느 하나일 수 있다. 온도 반응성 고분자 물질은 위에서 설명한 것과 동일한 기능을 할 수 있다.
제1 온도 반응 층(200)은 전도성 물질(EM)을 포함할 수 있다. 전도성 물질(EM)은 폴리(3,4-에틸렌 디옥시티오펜): 폴리(4-스티렌설포네이트)(poly(3,4-ethylenedioxythiophene): poly(4-styrenesulfonate), PEDOT: PSS) 및 탄소 나노튜브(Carbon nanotube, CNT) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 실시 예에서, 제1 온도 반응 층(200)은 PEDOT: PSS 및 CNT를 포함할 수 있다.
전도성 물질(EM)은 제1 온도 반응 층(200) 내에 균일 및/또는 불균일하게 분포될 수 있다. 제1 온도 반응 층(200)의 전기 저항 값은 그의 부피 변화에 따라 가변할 수 있다. 이에 따라, 온도 측정 장치(10)의 저항 값이 가변될 수 있다. 이에 대한 자세한 사항은 도 6 내지 도 8에서 후술한다.
금속 층(600)은 흡착 기판(100)의 제1 면(110)과 제1 온도 반응 층(200) 사이에 위치될 수 있다. 금속 층(600)은 흡착 기판(100)의 제1 면(110)을 덮을 수 있다. 금속 층(600)은 큰 전기 전도도를 갖는 금속을 포함할 수 있다. 예를 들면, 금속 층(600)은 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu) 등을 포함할 수 있다.
제1 및 제2 전극들(310, 320)은 제1 온도 반응 층(200) 상에 위치될 수 있다. 제1 및 제2 전극들(310, 320)은 서로 이격될 수 있다. 제1 및 제2 전극들(310, 320)의 각각은 금속 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 제1 및 제2 전극들(310, 320)의 각각은 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu) 등으로 이루어질 수 있다. 실시 예에서, 제1 전극(310)은 음극의 기능을 할 수 있고, 제2 전극(320)은 양극의 기능을 할 수 있다.
제1 와이어(510)는 제1 전극(310)과 연결될 수 있다. 제2 와이어(520)는 제2 전극(320)과 연결될 수 있다. 제1 및 제2 와이어들(510, 520)은 온도 측정 장치(10)와 외부 기기를 전기적으로 연결할 수 있다.
몰딩 층(400)은 제1 온도 반응 층(200) 상에 위치될 수 있다. 몰딩 층(400)은 제1 온도 반응 층(200), 제1 전극(310) 및 제2 전극(320)을 덮을 수 있다. 이에 따라. 제1 온도 반응 층(200)은 몰딩 층(400)과 흡착 기판(100) 사이에 위치될 수 있다. 또한, 몰딩 층(400)은 제1 온도 반응 층(200), 제1 전극(310), 및 제2 전극(320)을 외부 환경으로부터 보호할 수 있다.
몰딩 층(400)은 탄성 중합체를 포함할 수 있다. 예를 들면, 몰딩 층(400)은 PDMS(Polydimethylsiloxane)를 포함할 수 있다. 몰딩 층(400)은 제1 및 제2 와이어들(510, 520)이 관통하는 관통 홀들을 포함할 수 있다.
도 6은 온도 변화에 따른 제1 온도 반응 층의 변화를 나타낸 개략도이다.
도 6을 참조하면, 온도 반응성 고분자 물질은 온도 변화에 따라 수축 또는 팽창할 수 있다. 온도 반응성 고분자 물질 중 폴리(N-이소프로필아크릴아마이드)(poly(N-isopropylacrylamide), pNIPAM), Poly(2-(2-methoxyethoxy)ethyl methacrylate), 및 폴리(비닐카프로락탐)(poly(N-vinylcaprolactam), pVCL)는 미세한 온도 변화에 따라 수축 또는 팽창할 수 있다.
실시 예에서, 온도 반응성 고분자 물질은 온도가 상승할 때, 수축될 수 있다. 이에 따라, 제1 온도 반응 층(200)의 부피(V0)가 감소할 수 있다. 제1 온도 반응 층(200)의 부피(V0)가 감소함으로써, 제1 온도 반응 층(200) 내의 전도성 물질(EM)의 밀도는 증가될 수 있다. 온도 반응성 고분자 물질은 온도가 하강할 때, 팽창할 수 있다. 이에 따라, 제1 온도 반응 층(200)은 부피(V)가 증가할 수 있다. 제1 온도 반응 층(200)의 부피(V)가 증가함으로써, 제1 온도 반응 층(200) 내의 전도성 물질(EM)의 밀도가 감소할 수 있다.
예를 들면, 전도성 물질(EM)은 PEDOT(EM1): PSS(EM2) 및 CNT(EM3)를 포함할 수 있다. 제1 온도 반응 층(200)의 부피(V0)가 온도 상승에 의해 감소할 때, PEDOT(EM1): PSS(EM2) 및 CNT(EM3) 간의 접촉부분이 증가할 수 있다. 이에 따라, 미세한 온도 변화에도 온도 측정 장치(10)의 저항이 감소할 수 있다. 또한, 제1 온도 반응 층(200)의 부피(V)가 온도 하강에 의해 증가할 때, PEDOT(EM1): PSS(EM2) 및 CNT(EM3) 간의 접촉부분이 감소할 수 있다. 이에 따라, 미세한 온도 변화에도 온도 측정 장치(10)의 저항이 감소할 수 있다. 즉, 온도 측정 장치(10)는 미세한 온도 변화를 측정할 수 있다. 실시 예에서, 온도 센서는 대략 2%/℃ ~ 3%/℃의 민감도를 가질 수 있다. 이에 따라, 온도 센서는 대략 0.5℃의 온도차에서도 저항 변화를 측정할 수 있다.
도 7은 온도 변화에 따른 온도 측정 장치의 전류 변화를 나타낸 그래프이다. 도 8은 온도 변화에 따른 온도 측정 장치의 저항 변화를 나타낸 그래프이다. 도 7에서 T는 온도를 의미할 수 있다. 도 8에서 세로 축의 R0는 일정 온도에서의 저항 값으로 고정된 값일 수 있다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 온도 측정 장치(10)에 흐르는 전류는 온도가 상승할 때, 증가하는 것을 알 수 있다. 또한, 온도 측정 장치(10)의 저항은 온도가 상승할 때, 감소하는 것을 알 수 있다.
도 9는 온도 변화에 따른 제2 온도 반응 층의 변화를 나타낸 개략도이다.
도 6 및 도 9를 참조하면, 제2 온도 반응 층(300)은 온도 고분자 물질을 포함할 수 있다. 이에 따라, 제2 온도 반응 층(300)의 부피는 온도가 상승할 때, 감소할 수 있다. 또한, 제2 온도 반응 층(300)의 부피는 온도가 하강할 때, 증가할 수 있다.
도 9에 도시된 바와 같이, 제2 온도 반응 층(300)이 사람의 피부(SK)와 접촉할 수 있다. 이에 따라, 흡착 홈(150)의 내부 공간은 밀폐될 수 있다. 제2 온도 반응 층(300)은 사람의 체온에 의해 열을 공급받을 수 있다. 이에 따라, 제2 온도 반응 층(300)은 수축할 수 있다. 흡착 홈(150)의 내벽(155) 상의 제2 온도 반응 층(300)이 수축함으로써, 밀폐된 흡착 홈(150)의 내부 공간의 부피가 증가될 수 있다. 흡착 홈(150)의 내부 공간의 부피가 증가함으로써, 흡착 홈(150)의 내부 공간의 압력이 감소할 수 있다. 또한, 압력은 아래와 같은 식이 적용될 수 있다.
식) 압력(P) = 힘(F) / 면적(A)
흡착 홈(150)은 제2 영역(153)의 폭이 제1 영역(151)의 폭보다 작은 구조로 이루어져 있다. 이에 따라, 압력에 의한 힘이 작용하는 피부(SK)의 면적이 제2 영역(153)의 폭이 제1 영역(151)의 폭보다 크거나 동일한 경우보다, 작을 수 있다. 피부(SK)의 면적이 작기 때문에, 압력에 의해 피부(SK)를 잡아당기는 힘을 커질 수 있다. 즉, 온도 측정 장치(10)와 피부(SK) 간의 흡착력이 제2 영역(153)의 폭이 제1 영역(151)의 폭보다 크거나 동일한 경우보다, 증가될 수 있다.
도 10 내지 도 19는 도 1의 온도 측정 장치의 제조 과정을 나타낸 개략도들이다.
도 10을 참조하면, 지지 기판(20)을 준비할 수 있다. 지지 기판(20)은 실리콘(Si)을 포함할 수 있다.
도 11을 참조하면, 지지 기판(20) 상에 희생 층(25)을 형성할 수 있다. 희생 층(25)은 지지 기판(20) 상에 증착되어 형성될 수 있다. 예를 들면, 희생 층(25)은 전자 빔 증착기(e-beam evaporator)를 사용하여, 지지 기판(20) 상에 증착될 수 있다. 희생 층(25)은 금속 물질을 포함할 수 있다. 실시 예에서, 금속 물질은 Ti일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 희생 층(25)의 두께는 대략 50nm일 수 있다.
도 12를 참조하면, 지지 기판(20) 상에 제1 레지스트 층(30)과 제2 레지스트 층(35)을 순차적으로 형성할 수 있다. 제2 레지스트 층(35)은 제1 레지스트 층(30) 상에 형성될 수 있다. 제2 레지스트 층(35)은 제1 레지스트 층(30)과 다른 식각 선택비를 가질 수 있다.
제1 레지스트 층(30)은 리프트 오프 전용 포토레지스트(Lift-Off Resist, LOR)를 포함할 수 있다. 제1 레지스트 층(30)은 스핀 코팅(spin coating) 공정과 큐어링(curing) 공정을 이용하여, 지지 기판(20) 및/또는 희생 층(25) 상에 형성될 수 있다. 이에 따라, 제1 레지스트 층(30)은 지지 기판(20) 및/또는 희생 층(25)을 덮을 수 있다.
실시 예에서, 제1 레지스트 층(30)을 형성하는 것은, LOR을 지지 기판(20) 상에 대략 500rpm으로 대략 10초동안 제1 스핀 코팅 공정을 수행하는 것, LOR을 지지 기판(20) 상에 대략 2000rpm으로 대략 30초 동안 제2 스핀 코팅 공정을 수행하는 것, 및 대략 190℃에서 대략 30초동안 제1 큐어링(curing) 공정을 수행하는 것을 포함할 수 있다. 제2 스핀 코팅 공정은 제1 스핀 코팅 공정이 수행된 후, 수행될 수 있다. 제1 큐어링 공정은 제2 스핀 코팅 공정이 수행된 후, 수행될 수 있다.
제1 레지스트 층(30)을 형성하는 것은, 제1 큐어링 공정을 수행한 후, 제1 및 제2 스핀 코팅 공정들을 순차적으로 수행하는 것, 및 대략 190℃에서 대략 30분동안 제2 큐어링 공정을 수행하는 것을 더 포함할 수 있다.
제2 레지스트 층(35)은 포토레지스트(photoresist, PR)를 포함할 수 있다. 제2 레지스트 층(35)은 스핀 코팅 공정과 큐어링 공정을 이용하여, 제1 레지스트 층(30) 상에 형성될 수 있다. 이에 따라, 제2 레지스트 층(35)은 제1 레지스트 층(30)을 덮을 수 있다.
실시 예에서, 제2 레지스트 층(35)을 형성하는 것은 PR을 제1 레지스트 층(30) 상에 제1 및 제2 스핀 코팅 공정들을 순차적으로 수행하는 것, 및 대략 110℃에서 대략 1분동안 제3 큐어링 공정을 수행하는 것을 포함할 수 있다.
도 13 내지 도 15를 참조하면, 제1 및 제2 레지스트 층들(30, 35)을 식각하여 레지스트 패턴을 형성할 수 있다. 예를 들면, 제1 및 제2 레지스트 층들(30, 35)에 대한 노광 및 식각 공정을 진행하여, 레지스트 패턴을 형성할 수 있다. 이에 따라, 희생 층(25)의 일부가 외부로 노출될 수 있다.
실시 예에서, 제2 레지스트 층(35) 상에 포토 마스크(M)를 위치시킬 수 있다. 포토 마스크(M)는 제2 레지스트 층(35)과 이격 배치될 수 있다. 포토 마스크(M)는 복수의 개구들(O)을 가질 수 있다. 복수의 개구들(O)은 제2 레지스트 층(35)과 수직하게 중첩될 수 있다.
복수의 개구들(O)를 통해 제2 레지스트 층(35)으로 광(예를 들면, UV광)이 조사될 수 있다. 이에 따라, 제2 레지스트 층(35)이 식각되어, 제1 패턴(P1)이 형성될 수 있다. 제1 패턴(P1)은 적어도 하나의 제1 돌출 영역(P11)을 포함할 수 있다. 실시 예에서, 제1 패턴(P1)은 서로 이격된 복수의 제1 돌출 영역들(P11)을 포함할 수 있다. 제1 돌출 영역(P11)은 평면적 관점에서 대략 원형일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
제1 패턴(P1)이 형성된 후, 제1 패턴(P1)을 식각 마스크로 이용하여, 제1 레지스트 층(30)을 식각할 수 있다. 제1 레지스트 층(30)을 식각함으로써, 제2 패턴(P2)을 형성할 수 있다. 제2 패턴(P2)은 적어도 하나의 제2 돌출 영역(P21)을 포함할 수 있다. 실시 예에서, 제2 패턴(P2)은 서로 이격된 복수의 제2 돌출 영역들(P21)을 포함할 수 있다. 제2 돌출 영역(P21)은 평면적 관점에서 대략 원형일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 제2 패턴(P2)은 제1 패턴(P1)과 수직하게 중첩될 수 있다.
제2 레지스트 층(35)은 제1 레지스트 층(30)보다 작은 식각비(Etch Rate)를 가질 수 있다. 즉, 제1 레지스트 층(30)의 식각비를 제2 레지스트 층(35)의 식각비로 나눈 식각 선택비가 1보다 클 수 있다. 이에 따라, 제1 레지스트 층(30)이 제2 레지스트 층(35)보다 더 많이 식각될 있다. 제1 레지스트 층(30)이 제2 레지스트 층(35)보다 더 많이 식각됨으로써, 제1 패턴(P1)에 제2 패턴(P2)과 수직하게 중첩되지 않는 언더 컷이 형성될 수 있다. 이에 따라, 제2 돌출 영역(P21)의 폭은 제1 돌출 영역(P11)의 폭보다 작을 수 있다.
도 16을 참조하면, 지지 기판(20) 상에 레지스트 패턴(P)을 덮는 흡착 몰딩 층(101)을 형성할 수 있다. 흡착 몰딩 층(101)은 레지스트 패턴(P)과 희생 층(25)을 덮을 수 있다. 흡착 몰딩 층(101)은 탄성 중합체를 포함할 수 있다. 예를 들면, 흡착 몰딩 층(101)은 PDMS(Polydimethylsiloxane)을 포함할 수 있다.
실시 예에서, 흡착 몰딩 층(101)을 형성하는 것은: 희생 층(25)과 레지스트 패턴(P) 상에 탄성 중합체를 공급하는 것, 및 탄성 중합체를 공급한 후, 대략 65℃에서 큐어링 공정을 수행하는 것을 포함할 수 있다.
도 17을 참조하면, 흡착 몰딩 층(101)을 지지 기판(20)으로부터 분리 분리할 수 있다. 실시 예에서, 희생 층(25)을 대략 80℃의 에천트(etchant)를 통해 제거하여, 흡착 몰딩 층(101)과 레지스트 패턴(P)을 지지 기판(20)으로부터 분리할 수 있다.
흡착 몰딩 층(101)을 지지 기판(20)으로부터 분리한 후, 레지스트 패턴(P)을 흡착 몰딩 층(101)으로부터 제거할 수 있다. 이에 따라, 흡착 홈들(150)을 갖는 흡착 기판(100)이 형성될 수 있다. 전술한 바와 같이, 흡착 홈(150)은 흡착 기판(100)의 제2 면(120)으로부터 제1 면(110)을 향해 함몰 형성될 수 있다. 또한, 흡착 홈(150)은 제1 영역(151)과 제2 영역(153)을 포함할 수 있다. 제1 영역(151)은 제1 돌출 영역(P11)에 대응되고, 제2 영역(153)은 제2 돌출 영역(P21)에 대응될 수 있다. 실시 예에서, 현상액(developer)과 아세톤(acetone)을 이용하여, LOR 및 PR을 제거할 수 있다.
도 18을 참조하면, 흡착 기판(100)의 제1 면(110) 상에 금속 층(600)을 형성할 수 있다. 금속 층(600)은 제1 면(110)의 일부를 덮을 수 있다. 실시 예에서, 금속 층(600)은 증착 공정을 통해 형성될 수 있다.
금속 층(600) 상에 온도에 따라 그의 부피가 변화하는 제1 온도 반응 층(200)을 형성할 수 있다. 이에 따라, 제1 온도 층은 흡착 기판(100)의 제1 면(110) 상에 형성될 수 있다.
제1 온도 반응 층(200)을 형성하는 것은, 제1 면(110) 상에 제1 혼합물을 스핀 코팅하는 것; 및 제1 면(110) 상에 제2 혼합물을 스핀 코팅하는 것을 포함할 수 있다.
제1 혼합 물은 온도 반응성 고분자 물질을 포함할 수 있다. 전술한 바와 같이, 온도 반응성 고분자 물질은 pNIPAM), Poly(2-(2-methoxyethoxy)ethyl methacrylate), 및 pVCL 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 제2 혼합물은 전도성 물질(EM)을 포함할 수 있다. 전술한 바와 같이, 전도성 물질(EM)은 PEDOT: PSS 및 CNT 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
실시 예에서, 제1 온도 반응 층(200)을 형성하는 것은, 제1 혼합물을 제1 면(110) 상에 상에 대략 3000rpm으로 대략 30초 동안 제4 스핀 코팅 공정을 수행하는 것, 제2 혼합물을 제1 면(110) 상에 대략 500rpm으로 대략 5초동안 제5 스핀 코팅 공정을 수행하는 것, 및 제2 혼합물을 제1 면(110) 상에 대략 2000rpm으로 대략 1분동안 제6 스핀 코팅 공정을 수행하는 것을 포함할 수 있다.
제4 스핀 코팅 공정은 두 번 수행될 수 있다. 제5 스핀 공정은 제4 스핀 코팅 공정이 수행된 후에, 수행될 수 있다. 제6 스핀 코팅 공정은 제5 스핀 코팅 공정이 수행된 후, 수행될 수 있다.
실시 예에서, Pnipam을 포함하는 제1 혼합물을 제조하는 과정을 설명하면, N-Isopropylacrylamide(NIPAM)과 초순수(DIwater)를 넣고 vortaxing한 후에, N2 bubbling를 하여 NIPAM 용액을 생성한다. 또한, 물과 Cerium Ammonium Nitrate(CAN), nitric acid를 함께 섞은 후, CAN 용액을 생성한다. glovebox에 NIPAM 용액과 CAN 용액을 넣고 썩은 후, gel 1g에 ethanol 7mL을 섞고 vortaxing하면, 제1 혼합물이 제조될 수 있다.
PEDOT: PSS 및 CNT을 포함하는 제2 혼합물을 제조하는 과정을 설명하면, PEDOT: PSS 용액과 -COOH기로 기능화 된 MWCNT를 넣고 sonication으로 분산시킨다. 이후 poly(vinyl alcohol)을 넣고 150ºC에서 5시간동안 썩으면, 제2 혼합물이 제조될 수 있다.
도 19를 참조하면, 제1 온도 반응 층(200) 상에 제1 전극(310)과 제2 전극(320)을 형성할 수 있다. 제1 및 제2 전극들(310, 320)은 서로 이격될 수 있다. 제1 및 제2 전극들(310, 320) 상에 제1 와이어(510)와 제2 와이어(520)를 연결할 수 있다.
제1 및 제2 전극들(310, 320)에 제1 및 제2 와이어들(510, 520)을 연결한 후, 제1 온도 반응 층(200) 상에 제1 및 제2 전극들(310, 320)을 덮는 몰딩 층(400)을 형성할 수 있다.
다시 도 3을 참조하면, 흡착 기판(100)의 제2 면(120), 및 흡착 홈(150)의 내벽(155) 상에 제2 온도 반응 층(300)을 형성할 수 있다. 제2 온도 반응 층(300)은 온도에 따라 그의 부피가 변화할 수 있다.
실시 예에서, 제2 온도 반응 층(300)을 형성하는 것은 Pnipam을 제2 면(120) 상에 대략 3000rpm으로 대략 30초 동안 스핀 코팅 공정을 수행하는 것을 포함할 수 있다. 이에 따라, 제2 온도 반응 층(300)은 제2 면(120)과 흡착 홈(150)의 내벽(155) 상에 형성될 수 있다. 실시 예에서, 제2 온도 반응 층(300)은 몰딩 층(400)을 형성한 후에 형성되나, 이에 한정되는 것은 아니다.
스핀 코팅 공정을 통해 온도 측정 장치(10, 도 3 참조)를 제조함으로써, 온도 측정 장치(10)의 제조 공정이 단순화되고, 생산성이 향상될 수 있다. 또한, 스핀 코팅 공정을 통해 온도 측정 장치(10)를 제조함으로써, 온도 측정 장치(10)는 간단한 구조로 제조될 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.
10: 온도 측정 장치 20: 지지 기판
25: 희생 층 30: 제1 레지스트 층
35: 제2 레지스트 층 100: 흡착 기판
101: 흡착 몰딩 층 110: 제1 면
120: 제2 면 150: 흡착 홈
151: 제1 영역 153: 제2 영역
155: 내벽 200: 제1 온도 반응 층
300: 제2 온도 반응 층 310: 제1 전극
320: 제2 전극 400: 몰딩 층
510: 제1 와이어 520: 제2 와이어
600: 금속 층 M: 포토 마스크
O: 개구 P: 레지스트 패턴
P1: 제1 패턴 P11: 제1 돌출 영역
P2: 제2 패턴 P21: 제2 돌출 영역

Claims (18)

  1. 서로 대향된 제1 면과 제2 면을 갖는 흡착 기판;
    상기 제1 면 상에 위치되고, 온도에 따라 그의 부피가 변화하는 제1 온도 반응 층; 및
    상기 제1 온도 반응 층 상에 위치되고, 서로 이격된 제1 및 제2 전극들을 포함하고,
    상기 제1 온도 반응 층은, 전도성 물질을 포함하고,
    상기 제1 온도 반응 층의 전기 저항 값은, 그의 부피 변화에 따라 가변되는 온도 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 온도 반응 층은, 온도 반응성 고분자 물질을 포함하고,
    상기 온도 반응성 고분자 물질은, 폴리(N-이소프로필아크릴아마이드)(poly(N-isopropylacrylamide), pNIPAM), Poly(2-(2-methoxyethoxy)ethyl methacrylate), 및 폴리(비닐카프로락탐)(poly(N-vinylcaprolactam), pVCL) 중 어느 하나를 포함하는 온도 측정 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전도성 물질은, 폴리(3,4-에틸렌 디옥시티오펜): 폴리(4-스티렌설포네이트)(poly(3,4-ethylene dioxythiophene): poly(4-styrenesulfonate), PEDOT: PSS) 및 탄소 나노튜브(Carbon nanotube, CNT) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 온도 측정 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 흡착 기판은, 상기 제2 면으로부터 상기 제1 면을 향해 함몰된 적어도 하나의 흡착 홈을 포함하는 온도 측정 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2 면, 및 상기 흡착 홈의 내벽 상에 위치되고, 온도에 따라 부피가 변화하는 제2 온도 반응 층을 더 포함하는 온도 측정 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제2 온도 반응 층은 폴리(N-이소프로필아크릴아마이드)(poly(N-isopropylacrylamide), pNIPAM), Poly(2-(2-methoxyethoxy)ethyl methacrylate), 및 폴리(비닐카프로락탐)(poly(N-vinylcaprolactam), pVCL) 중 어느 하나를 포함하는 온도 측정 장치.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 흡착 홈은:
    상기 제2 면과 상기 제1 면 사이에서, 상기 제2 면과 이격된 제1 영역; 및
    상기 제2 면으로부터 상기 제1 영역을 향해 연장되어, 상기 제1 영역과 연결되는 제2 영역을 포함하고,
    상기 제2 영역의 폭은 상기 제1 영역의 폭보다 작은 온도 측정 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 영역과 상기 제2 영역은, 서로 수직하게 중첩되는 온도 측정 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 온도 반응 층 상에 위치되어, 상기 제1 및 제2 전극들을 덮는 몰딩 층을 더 포함하는 온도 측정 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 흡착 기판은, PDMS(Polydimethylsiloxane)를 포함하는 온도 측정 장치.
  11. 서로 대향된 제1 면과 제2 면을 갖는 흡착 기판을 준비하는 것;
    상기 흡착 기판의 상기 제1 면 상에 온도에 따라 그의 부피가 변화하는 제1 온도 반응 층을 형성하는 것;
    상기 제1 온도 반응 층 상에 서로 이격된 제1 및 제2 전극들을 형성하는 것을 포함하고,
    상기 제1 온도 반응 층은, 전도성 물질을 포함하고,
    상기 제1 온도 반응 층의 전기 저항 값은, 그의 부피 변화에 따라 가변되는 온도 측정 장치의 제조 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 온도 반응 층을 형성하는 것은,
    상기 제1 면 상에 온도 반응성 고분자 물질을 포함하는 제1 혼합물을 스핀 코팅(spin coating)하는 것; 및
    상기 제1 면 상에 상기 전도성 물질을 포함하는 제2 혼합물을 스핀 코팅하는 것을 포함하고,
    상기 온도 반응성 고분자 물질은, 폴리(N-이소프로필아크릴아마이드)(poly(N-isopropylacrylamide), pNIPAM), Poly(2-(2-methoxyethoxy)ethyl methacrylate), 및 폴리(비닐카프로락탐)(poly(N-vinylcaprolactam), pVCL) 중 어느 하나를 포함하는 온도 측정 장치의 제조 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 전도성 물질은, 폴리(3,4-에틸렌 디옥시티오펜): 폴리(4-스티렌설포네이트)(poly(3,4-ethylenedioxythiophene): poly(4-styrenesulfonate), PEDOT: PSS) 및 탄소 나노튜브(Carbon nanotube, CNT) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 온도 측정 장치의 제조 방법.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 흡착 기판을 준비하는 것은:
    지지 기판 상에 제1 레지스트 층을 형성하는 것;
    상기 제1 레지스트 층 상에 상기 제1 레지스트 층보다 작은 식각비(Etch Rate)를 갖는 제2 레지스트 층을 형성하는 것;
    상기 제1 및 제2 레지스트 층들을 식각하여, 레지스트 패턴을 형성하는 것;
    상기 지지 기판 상에 상기 레지스트 패턴을 덮는 흡착 몰딩 층을 형성하는 것;
    상기 흡착 몰딩 층을 상기 지지 기판으로부터 분리하는 것; 및
    상기 흡착 몰딩 층을 상기 지지 기판으로부터 분리한 후, 상기 레지스트 패턴을 상기 흡착 몰딩 층으로부터 제거하는 것을 포함하고,
    상기 흡착 기판은, 상기 제2 면으로부터 상기 제1 면을 향해 함몰 형성되는 적어도 하나의 흡착 홈을 포함하는 온도 측정 장치의 제조 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 레지스트 패턴을 형성하는 것은:
    상기 제2 레지스트 층을 식각하여, 적어도 하나의 제1 돌출 영역을 갖는 제1 패턴을 형성하는 것; 및
    상기 제1 패턴을 식각 마스크로 이용하여, 상기 제1 레지스트 층을 식각하여, 적어도 하나의 제2 돌출 영역을 갖는 제2 패턴을 형성하는 것을 포함하고,
    상기 제2 패턴은 상기 제1 패턴과 수직하게 중첩되고,
    상기 제2 돌출 영역의 폭은, 상기 제1 돌출 영역의 폭보다 작은 온도 측정 장치의 제조 방법.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 흡착 기판의 상기 제2 면, 및 상기 흡착 홈의 내벽 상에 온도에 따라 그의 부피가 변화하는 제2 온도 반응 층을 형성하는 것을 더 포함하는 온도 측정 장치의 제조 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제2 온도 반응 층은 폴리(N-이소프로필아크릴아마이드)(poly(N-isopropylacrylamide), pNIPAM), Poly(2-(2-methoxyethoxy)ethyl methacrylate), 및 폴리(비닐카프로락탐)(poly(N-vinylcaprolactam), pVCL) 중 어느 하나를 포함하는 온도 측정 장치의 제조 방법.
  18. 제11항에 있어서,
    상기 제1 온도 반응 층 상에 상기 제1 및 제2 전극들을 덮는 몰딩 층을 형성하는 것을 포함하는 온도 측정 장치의 제조 방법.
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