KR20240106290A - 이광자 중합법과 나노임프린트법을 이용한 미세유체칩 제조방법 - Google Patents
이광자 중합법과 나노임프린트법을 이용한 미세유체칩 제조방법Info
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Abstract
본 발명의 일측면에 따르면, 외부동력을 사용하지 않고 모세관력에 의한 혈구분석이 가능한 미세유체칩 제조방법에 있어서,
a) 제1 기판의 상면에 패턴을 형성하는 제1단계;
b) 상기 패턴이 형성된 제1 기판의 상면에 열경화성 수지를 주입한 다음, 상기 열경화성 수지를 경화시킨 후, 경화된 열경화성 수지를 제1 기판에서 탈거하여 최초 몰드를 제작하는 제2단계;
c) 상기 최초 몰드에 광경화성 수지를 주입한 다음, 상기 광경화성 수지를 경화시킨 후, 경화된 광경화성 수지를 최초 몰드에서 탈거하여 핀 몰드를 제작하는 제3단계;
d) 제2 기판의 상면에 광경화성 수지를 이격하여 도포한 다음, 상기 제2 기판에 도포된 광경화성 수지를 상기 핀 몰드로 스텝-엔-리피트(Step-and-Repeat) 임프린트(Imprint)하여 제2 기판의 상면에 다수의 동일 패턴을 전사하는 제4단계;
e) 상기 다수의 동일 패턴이 이격하여 전사된 상기 제2 기판의 상면에 열경화성 수지를 주입한 다음, 상기 열경화성 수지를 경화시킨 후, 경화된 열경화성 수지를 제2 기판에서 탈거하여 다수의 동일 패턴이 형성된 배열 몰드를 제작하는 제5단계; 및
f) 제3 기판의 상면에 광경화성 수지를 이격하여 도포한 다음, 상기 제3 기판에 도포된 광경화성 수지를 상기 배열 몰드로 동시에 임프린트(Imprint)하여 동일 패턴을 가진 다수의 미세유체칩을 제조하는 제6단계;를 포함하는 이광자 중합법과 나노임프린트법을 이용한 미세유체칩 제조방법이 제공될 수 있다.
a) 제1 기판의 상면에 패턴을 형성하는 제1단계;
b) 상기 패턴이 형성된 제1 기판의 상면에 열경화성 수지를 주입한 다음, 상기 열경화성 수지를 경화시킨 후, 경화된 열경화성 수지를 제1 기판에서 탈거하여 최초 몰드를 제작하는 제2단계;
c) 상기 최초 몰드에 광경화성 수지를 주입한 다음, 상기 광경화성 수지를 경화시킨 후, 경화된 광경화성 수지를 최초 몰드에서 탈거하여 핀 몰드를 제작하는 제3단계;
d) 제2 기판의 상면에 광경화성 수지를 이격하여 도포한 다음, 상기 제2 기판에 도포된 광경화성 수지를 상기 핀 몰드로 스텝-엔-리피트(Step-and-Repeat) 임프린트(Imprint)하여 제2 기판의 상면에 다수의 동일 패턴을 전사하는 제4단계;
e) 상기 다수의 동일 패턴이 이격하여 전사된 상기 제2 기판의 상면에 열경화성 수지를 주입한 다음, 상기 열경화성 수지를 경화시킨 후, 경화된 열경화성 수지를 제2 기판에서 탈거하여 다수의 동일 패턴이 형성된 배열 몰드를 제작하는 제5단계; 및
f) 제3 기판의 상면에 광경화성 수지를 이격하여 도포한 다음, 상기 제3 기판에 도포된 광경화성 수지를 상기 배열 몰드로 동시에 임프린트(Imprint)하여 동일 패턴을 가진 다수의 미세유체칩을 제조하는 제6단계;를 포함하는 이광자 중합법과 나노임프린트법을 이용한 미세유체칩 제조방법이 제공될 수 있다.
Description
본 발명은 미세유체칩 제조방법에 관한 것으로, 특히 유연 필름 또는 고체 기판 상에 나노/마이크로 사이즈의 폴리머 재료로 자유 형상의 표면 패턴을 구현하고, 이를 통해 공학 및 광학적 기능이 가능한 소자를 대량으로 생산할 수 있는 이광자 중합법과 나노임프린트법을 이용한 미세유체칩 제조방법에 관한 것이다.
차세대 디스플레이 분야의 필수 공정자재로 쓰이는 마이크로 칩(LED, LD, 반도체, 렌즈 등)의 이송 및 전사, 분리 등을 위한 접착력을 갖는 공학소자와 스마트폰, 자율주행차 등의 인식용 카메라(ToF 카메라, LiDAR 등)의 조명 모듈로 쓰이는 반도체 광원(LED, LD, VCSEL 등)의 정밀 광변조 및 조명 등을 위한 광학기능을 갖는 광학소자는, 기존의 다이아몬드 드릴로 가공되는 금속 사출금형과 인젝션 몰드 방식의 제조방식의 고전적 소자 제조공정으로는 높은 정밀성을 요구하는 시장의 요구사항을 만족하는 고효율 특성을 구현하기 어려운 문제가 있었다.
상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명의 과제는, 고효율 특성을 확보하기 위해 3D 프린팅 방식으로 제작되는 폴리머 타입의 최초 금형과, 이를 이용해 웨이퍼 형태의 기판 상에 미세 구조 형상을 반복하여 전사하는 배열 금형을 나노임프린트 방식으로 기판 상에 폴리머로 무한 복제하여 외부동력을 사용하지 않고 모세관력에 의한 혈구분석이 가능한 미세유체칩을 최종적으로 제조할 수 있는 이광자 중합법과 나노임프린트법을 이용한 미세유체칩 제조방법을 제공하는 데 있다.
상기 과제를 달성하기 위해 안출된 본 발명의 일측면에 따르면, 외부동력을 사용하지 않고 모세관력에 의한 혈구분석이 가능한 미세유체칩 제조방법에 있어서,
a) 제1 기판의 상면에 패턴을 형성하는 제1단계;
b) 상기 패턴이 형성된 제1 기판의 상면에 열경화성 수지를 주입한 다음, 상기 열경화성 수지를 경화시킨 후, 경화된 열경화성 수지를 제1 기판에서 탈거하여 최초 몰드를 제작하는 제2단계;
c) 상기 최초 몰드에 광경화성 수지를 주입한 다음, 상기 광경화성 수지를 경화시킨 후, 경화된 광경화성 수지를 최초 몰드에서 탈거하여 핀 몰드를 제작하는 제3단계;
d) 제2 기판의 상면에 광경화성 수지를 이격하여 도포한 다음, 상기 제2 기판에 도포된 광경화성 수지를 상기 핀 몰드로 스텝-엔-리피트(Step-and-Repeat) 임프린트(Imprint)하여 제2 기판의 상면에 다수의 동일 패턴을 전사하는 제4단계;
e) 상기 다수의 동일 패턴이 이격하여 전사된 상기 제2 기판의 상면에 열경화성 수지를 주입한 다음, 상기 열경화성 수지를 경화시킨 후, 경화된 열경화성 수지를 제2 기판에서 탈거하여 다수의 동일 패턴이 형성된 배열 몰드를 제작하는 제5단계; 및
f) 제3 기판의 상면에 광경화성 수지를 이격하여 도포한 다음, 상기 제3 기판에 도포된 광경화성 수지를 상기 배열 몰드로 동시에 임프린트(Imprint)하여 동일 패턴을 가진 다수의 미세유체칩을 제조하는 제6단계;를 포함하는 이광자 중합법과 나노임프린트법을 이용한 미세유체칩 제조방법이 제공될 수 있다.
여기서, 상기 열경화성 수지는, 열처리에 의해 열경화되는 PDMS(polydimethylsiloxane)이며, 상기 광경화성 수지는, UV에 의해 광경화되는 UV 폴리머인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1단계는, 상기 제1 기판의 상면에 감광성 폴리머를 도포하고, 레이저로 3D 프린팅하여 제1 기판에 포지티브 패턴(Positive Pattern)을 형성하는 이광자 중합법(two photon polymerization)에 의해 수행되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1단계 이후에, 상기 패턴이 형성된 제1 기판의 상면을 실란(silane)으로 플라즈마 표면처리하여 상기 제1 기판의 상면에 소수성 박막을 증착하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제2단계는, 상기 제1 기판에서 탈거된 상기 최초 몰드의 하면에는, 제1 기판에 형성된 패턴에 역상의 네거티브 패턴(Negative Pattern)이 써멀 임프린트(Thermal Imprint)된 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 제3단계는, 상기 최초 몰드의 하면과 서로 마주하는 상기 핀 몰드의 상면에는, 최초 몰드에 형성된 패턴에 역상의 포지티브 패턴(Positive Pattern)이 UV 임프린트(UV Imprint)된 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 제3단계 이후에, 상기 패턴이 형성된 핀 몰드의 상면을 실란(silane)으로 플라즈마 표면처리하여 상기 핀 몰드의 상면에 소수성 박막을 증착하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제4단계는, 상하 역전된 상기 핀 몰드의 하면과 서로 마주하는 상기 제2 기판의 상면에는, 핀 몰드에 형성된 패턴에 역상의 네거티브 패턴(Negative Pattern)이 UV 임프린트(UV Imprint)된 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 제4단계 이후에, 상기 다수의 동일 패턴이 전사된 제2 기판의 상면을 실란(silane)으로 플라즈마 표면처리하여 상기 제2 기판의 상면에 소수성 박막을 증착하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 제5단계는, 상기 제2 기판에서 탈거된 상기 배열 몰드의 하면에는, 제2 기판에 형성된 패턴에 역상의 포지티브 패턴(Positive Pattern)이 써멀 임프린트(Thermal Imprint)된 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 제6단계는, 상기 배열 몰드의 하면과 서로 마주하는 상기 미세유체칩의 상면에는, 배열 몰드에 형성된 패턴에 역상의 네거티브 패턴(Negative Pattern)이 UV 나노임프린트(UV Nanoimprint)된 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 미세유체칩에 형성된 패턴은, 상기 핀 몰드에 형성된 패턴에 역상의 패턴인 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 제6단계 이후에, 상기 다수의 미세유체칩이 각각의 개별 소자로 분리되도록 상기 제3 기판을 컷팅하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 고효율 특성을 확보하기 위해 3D 프린팅 방식으로 제작되는 폴리머 타입의 최초 금형과, 이를 이용해 웨이퍼 형태의 기판 상에 미세 구조 형상을 반복하여 전사하는 배열 금형을 나노임프린트 방식으로 기판 상에 폴리머로 무한 복제하여 다양한 기능을 구현하는 표면 구조를 가진 웨이퍼 형태의 미세유체칩을 최종적으로 제조할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 미세유체칩의 실물사진.
도 2는 본 발명에 따른 미세유체칩의 마이크로 패턴 예시도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 이광자 중합법과 나노임프린트법을 이용한 미세유체칩 제조방법을 나타낸 공정도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 이광자 중합법과 나노임프린트법을 이용한 미세유체칩 제조방법에 의해 제조된 소자의 단면 패턴 타입(a) 및 양면 패턴 타입(b)을 나타낸 단면도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 이광자 중합법과 나노임프린트법을 이용한 미세유체칩 제조방법에 의해 제조된 소자의 단면 복합 패턴 타입(a) 및 양면 복합 패턴 타입(b)을 나타낸 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 미세유체칩의 마이크로 패턴 예시도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 이광자 중합법과 나노임프린트법을 이용한 미세유체칩 제조방법을 나타낸 공정도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 이광자 중합법과 나노임프린트법을 이용한 미세유체칩 제조방법에 의해 제조된 소자의 단면 패턴 타입(a) 및 양면 패턴 타입(b)을 나타낸 단면도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 이광자 중합법과 나노임프린트법을 이용한 미세유체칩 제조방법에 의해 제조된 소자의 단면 복합 패턴 타입(a) 및 양면 복합 패턴 타입(b)을 나타낸 단면도.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 이광자 중합법과 나노임프린트법을 이용한 미세유체칩 제조방법의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 미세유체칩의 실물사진이고, 도 2는 본 발명에 따른 미세유체칩의 마이크로 패턴 예시도이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 이광자 중합법과 나노임프린트법을 이용한 미세유체칩 제조방법을 나타낸 공정도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 이광자 중합법과 나노임프린트법을 이용한 미세유체칩 제조방법에 의해 제조된 소자의 단면 패턴 타입(a) 및 양면 패턴 타입(b)을 나타낸 단면도이며, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 이광자 중합법과 나노임프린트법을 이용한 미세유체칩 제조방법에 의해 제조된 소자의 단면 복합 패턴 타입(a) 및 양면 복합 패턴 타입(b)을 나타낸 단면도이다.
도 1 내지 도 5를 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이광자 중합법과 나노임프린트법을 이용한 미세유체칩 제조방법은, 경질의 유리 기판 또는 플렉시블한 연질의 필름 기판의 상면에 소정의 형상으로 이루어진 패턴을 형성한다.
부연하면, 제1 기판(100)의 상면에 형성되는 패턴(P1)은, 이광자 중합법(two photon polymerization)이 적용된 3D 프린터에 의해 수행되는 것으로, 제1 기판(100)의 상면에 감광성 폴리머를 도포한 다음, 두 개의 레이저를 조사하여 3D 프린팅함으로써 제1 기판(100)의 상측 표면에 양각 형태인 포지티브 패턴(Positive Pattern)(P1)을 형성하게 된다. 이때, 양각 형태의 포지티브 패턴(P1)은 돌출부와 요홈부가 차례로 반복하여 형성된 요철 형상일 수 있다.
여기서, 이광자 중합법(Two Photon Polymerization: 2PP)의 이광자 흡수 현상(Two Photon Absorption: TPA)은, 고출력 레이저에 의한 비선형 광학 현상으로 광중합 물질이 레이저의 초점에서 두개의 광자(Photon)를 약 10초 내지 약 15초 이내에 흡수하여 경화되는 현상이다.
따라서, 레이저 파장 이하의 나노급 정밀도로 형상 제작이 가능하다. 최근에는 폴리머, 세라믹 및 금속 등의 다양한 기능성 재료를 이용한 3차원 미세 소자 제작을 위한 기술로 연구되고 있다.
또한, 나노 스테레오 리소그래피 공정 기술을 활용하여 유체, 광학 및 바이오 등의 공학 및 광학 소자 등의 다양한 응용 소자 개발 및 외부 구동력에 의한 나노 및 마이크로 구동 소자 개발을 위한 연구들이 진행되고 있다.
이광자 중합법을 이용한 3D 프린팅은, 그 원리에 따라 Conventional DLW 방식과 DiLL 방식으로 구분된다.
Conventional DLW 방식은 유리 기판 위에 감광 물질을 놓고, 감광 물질에 레이저를 조사하여 원하는 형상을 제작하는 방식으로 다양한 감광 물질을 사용할 수 있다는 장점이 있다.
DiLL 방식은 기판(Substrate)과 레이저를 모아주는 집광 렌즈 사이에 감광 물질을 채우고 감광 물질에 레이저를 조사하여 원하는 형상을 제작하는 방법으로, 사용 가능한 감광 물질은 제한적이지만 다양한 기판(Substrate)을 사용할 수 있고, 깊은 구조의 형상을 제작할 수 있다는 장점이 있다.
한편, 패턴(P1)이 형성된 제1 기판(100)의 표면을 보호하고, 후술하는 최초 몰드(200)가 제1 기판(100)의 상면에서 용이하게 분리될 수 있도록 패턴(P1)이 형성된 제1 기판(100)의 상면을 실란(silane)으로 플라즈마 표면처리하여 제1 기판(100)의 상면에 소수성 박막을 증착시킬 수 있다.
그 다음, 패턴(P1)이 형성된 제1 기판(100)의 상면에 열경화성 수지를 주입한 다음, 열경화성 수지를 경화시킨 후, 경화된 열경화성 수지를 제1 기판(100)에서 탈거하여 최초 몰드(200)를 제작한다. 여기서, 열경화성 수지는, 열처리에 의해 열경화되는 PDMS(polydimethylsiloxane)인 것이 바람직하다.
이때, 제1 기판(100)에서 탈거된 최초 몰드(200)의 하면에는, 제1 기판(100)에 형성된 패턴(P1)에 역상인 음각 형태의 네거티브 패턴(Negative Pattern)(P2)이 써멀 임프린트(Thermal Imprint)된다.
그 다음, 최초 몰드(200)에 광경화성 수지를 주입한 다음, 광경화성 수지를 경화시킨 후, 경화된 광경화성 수지를 최초 몰드(200)에서 탈거하여 핀 몰드(300)를 제작한다. 여기서, 광경화성 수지는, UV에 의해 광경화되는 UV 폴리머인 것이 바람직하다.
이때, 최초 몰드(200)의 하면과 서로 마주하는 핀 몰드(300)의 상면에는, 최초 몰드(200)에 형성된 패턴(P2)에 역상인 양각 형태의 포지티브 패턴(Positive Pattern)(P3)이 UV 임프린트(UV Imprint)된다.
한편, 패턴(P3)이 형성된 핀 몰드(300)의 표면을 보호하고, 후술하는 제2 기판(400)의 상면에 핀 몰드(300)로 스텝-엔-리피트(Step-and-Repeat) 임프린트(Imprint)하여 제2 기판(400)의 상면에 다수의 동일 패턴(P4)을 전사할 때, 제2 기판(400)의 상면에서 용이하게 분리, 즉 패턴 간의 이형성을 높이기 위해 패턴(P3)이 형성된 핀 몰드(300)의 상면을 실란(silane)으로 플라즈마 표면처리하여 핀 몰드(300)의 상면에 소수성 박막을 증착시킬 수 있다.
그 다음, 제2 기판(400)의 상면에 광경화성 수지를 이격하여 도포한 다음, 제2 기판(400)에 도포된 광경화성 수지를 핀 몰드(300)로 스텝-엔-리피트(Step-and-Repeat) 임프린트(Imprint)하여 제2 기판(400)의 상면에 다수의 동일 패턴(P4)을 전사한다. 여기서, 광경화성 수지는, UV에 의해 광경화되는 UV 폴리머인 것이 바람직하다.
이때, 제2 기판(400)의 상측에서 핀 몰드(300)가 제2 기판(400)의 상면에 도포된 광경화성 수지를 스텝-엔-리피트(Step-and-Repeat) 임프린트(Imprint)하기 위해, 상하 역전된 핀 몰드(300)의 하면과 서로 마주하는 제2 기판(400)의 상면에는, 핀 몰드(300)에 형성된 패턴(P3)에 역상인 양각 형태의 네거티브 패턴(Negative Pattern)(P4)이 UV 임프린트(UV Imprint)된다.
그 다음, 다수의 동일 패턴(P4)이 이격하여 전사된 제2 기판(400)의 상면에 열경화성 수지를 주입한 다음, 열경화성 수지를 경화시킨 후, 경화된 열경화성 수지를 제2 기판(400)에서 탈거하여 다수의 동일 패턴(P5)이 형성된 배열 몰드(500)를 제작한다. 여기서, 열경화성 수지는, 열처리에 의해 열경화되는 PDMS(polydimethylsiloxane)인 것이 바람직하다.
이때, 제2 기판(400)에서 탈거된 배열 몰드(500)의 하면에는, 제2 기판(400)에 형성된 패턴(P4)에 역상인 음각 형태의 포지티브 패턴(Positive Pattern)(P5)이 써멀 임프린트(Thermal Imprint)된다.
한편, 배열 몰드(500)를 제작하는데 있어, 광경화 스텝-엔-리피트 임프린트법(UV Step & Repeat Imprint)을 설명하면 다음과 같다.
배열 몰드(500)을 제작하는 기술은, 나노임프린트 또는 나노엠보싱으로 불리며, 대략 수 나노미터의 해상도를 제공한다.
이러한 이유로, 이 기술은 스테퍼, 스캐너 등과 같은 노광 장치를 대신하여 차세대 반도체 제조 기술에 적용될 것으로 점차 기대되어 왔다.
또한, 이 기술은 웨이퍼 레벨의 3차원 구조를 집약적으로 가공할 수 있어, 광결정과 같은 광학 장치 및 μTAS(미세 종합 분석 시스템; Micro Total Analysis System)과 같은 바이오칩에 대한 제조 기술과 같은 여러 광범위한 분야에 적용될 것으로 기대되어 왔다.
제조되는 소자의 따라 몰드가 제조되고 몰드 상의 패턴이 기판 상에 반복적으로 전사되는 스텝-엔-리피트(step-and-repeat)법이 적합하다.
이는 웨이퍼의 크기 증가로 인한 몰드 패턴 자체 및 정렬의 불가결한 오차를 감소시킴으로써 정밀성을 향상하는 것이 가능하고, 웨이퍼의 크기 증가로 인해 증가되는 몰드의 생산비를 감소시키는 것이 가능하기 때문에 최종 소자를 만들기 위한 중간 금형으로 대면적화 할 수 있는 장점을 가지고 있다.
그 다음, 제3 기판(600)의 상면에 광경화성 수지를 이격하여 도포한 다음, 제3 기판(600)에 도포된 광경화성 수지를 배열 몰드(500)로 동시에 임프린트(Imprint)하여 동일 패턴(P6)을 가진 다수의 미세유체칩(700)인 광학 및 공학 소자를 제조한다. 여기서, 광경화성 수지는, UV에 의해 광경화되는 UV 폴리머인 것이 바람직하다.
이때, 배열 몰드(500)의 하면과 서로 마주하는 기능성 광학 및 공학 미세유체칩(700)의 상면에는, 배열 몰드(500)에 형성된 패턴(P5)에 역상인 음각 형태의 네거티브 패턴(Negative Pattern)(P6)이 UV 나노임프린트(UV Nanoimprint)된다.
여기서, 미세유체칩(700)에 형성된 패턴(P6)은, 한번의 광조사를 통해 핀 몰드(300)에 형성된 패턴(P3)에 역상의 패턴(P6)으로 형성된다.
한편, 공학 & 광학 소자를 제조하는데 있어, 광경화 나노임프린트법(UV Nano Imprint)을 설명하며 다음과 같다.
나노임프린트 리소그래피(Nanoimprint lithography, NIL) 기술은, 경제적이고도 효과적으로 나노/마이크로 사이즈의 미세 구조물을 제작할 수 있는 기술로, 나노 구조물(nanostructute)이 각인된 스탬프(stamp)를 기판(substrate) 위에 스핀 코팅(spin-coating) 또는 디스펜싱(dispensing)된 감광성 레진의 표면에 눌러 미세 구조물을 전사하는 기술이다.
PMMA와 같은 열가소성 재질을 사용하는 가열식-NIL과 달리 저점성 광경화성 수지와 이를 경화하기 위해 UV를 사용하는 것이 특징이다.
따라서, UV-NIL은 상온 저압 공정이 가능하여 다층화 공정 및 대량 생산에 적합하다는 장점을 갖고 있다.
마지막으로, 다수의 미세유체칩(700)가 각각의 개별 소자로 분리되도록 제3 기판(600)을 컷팅하는 것으로 기능성 광학 및 공학 미세유체칩의 제조를 완료한다.
앞서 살펴본 바와 같은 본 발명은 광자 중합법을 이용한 3D printing 기법을 적용하는 것으로서, 이광자 중합법이란 레이저로 감광 물질을 쪼여주어 레이저의 초점에서 감광 물질에 광중합(photopolymerization)을 일으켜서 원하는 형상을 구현하는 기법이다.
이처럼 광중합이 일어난 감광 물질을 사용하거나, 감광 물질이 제거된 곳에 원하는 물질을 주입하는 방법으로 형상을 구현하게 된다.
이광자 중합법을 이용한 3D printing 기법은 미세 격자 구조, 도파로 연결, 수술용 무통 미세 바늘, 생체 모방 기기, 나노 칩 등 여러 분야에 활용 가능하고, 전자빔을 이용한 공정에 비해 더 빠르게, 더 두꺼운 구조물을 제작할 수 있으며, charging 효과가 없는 특징을 갖는다.
본 발명은 2.5D 형태의 PDMS 구조체를 활용하여 정밀 유체의 흐름 분석 구조를 제공할 수 있고, 2PP 이광자중합법을 이용한 마이크로 정밀 몰드 제작 및 이를 활용한 나노 임프린트 방식의 마이크로 스케일의 미세유로 패턴 제작 기술을 제공하게 된다.
이상에서는 본 발명을 바람직한 실시예에 의거하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되지 아니하고 청구항에 기재된 범위 내에서 변형이나 변경 실시가 가능함은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백한 것이며, 그러한 변형이나 변경은 첨부된 특허청구범위에 속한다 할 것이다.
100: 제1 기판
200: 최초 몰드
300: 핀 몰드
400: 제2 기판
500: 배열 몰드
600: 제3 기판
700: 미세유체칩
200: 최초 몰드
300: 핀 몰드
400: 제2 기판
500: 배열 몰드
600: 제3 기판
700: 미세유체칩
Claims (13)
- 외부동력을 사용하지 않고 모세관력에 의한 혈구분석이 가능한 미세유체칩 제조방법에 있어서,
a) 제1 기판의 상면에 패턴을 형성하는 제1단계;
b) 상기 패턴이 형성된 제1 기판의 상면에 열경화성 수지를 주입한 다음, 상기 열경화성 수지를 경화시킨 후, 경화된 열경화성 수지를 제1 기판에서 탈거하여 최초 몰드를 제작하는 제2단계;
c) 상기 최초 몰드에 광경화성 수지를 주입한 다음, 상기 광경화성 수지를 경화시킨 후, 경화된 광경화성 수지를 최초 몰드에서 탈거하여 핀 몰드를 제작하는 제3단계;
d) 제2 기판의 상면에 광경화성 수지를 이격하여 도포한 다음, 상기 제2 기판에 도포된 광경화성 수지를 상기 핀 몰드로 스텝-엔-리피트(Step-and-Repeat) 임프린트(Imprint)하여 제2 기판의 상면에 다수의 동일 패턴을 전사하는 제4단계;
e) 상기 다수의 동일 패턴이 이격하여 전사된 상기 제2 기판의 상면에 열경화성 수지를 주입한 다음, 상기 열경화성 수지를 경화시킨 후, 경화된 열경화성 수지를 제2 기판에서 탈거하여 다수의 동일 패턴이 형성된 배열 몰드를 제작하는 제5단계; 및
f) 제3 기판의 상면에 광경화성 수지를 이격하여 도포한 다음, 상기 제3 기판에 도포된 광경화성 수지를 상기 배열 몰드로 동시에 임프린트(Imprint)하여 동일 패턴을 가진 다수의 미세유체칩을 제조하는 제6단계;
를 포함하는 이광자 중합법과 나노임프린트법을 이용한 미세유체칩 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 열경화성 수지는, 열처리에 의해 열경화되는 PDMS(polydimethylsiloxane)이며, 상기 광경화성 수지는, UV에 의해 광경화되는 UV 폴리머인 것을 특징으로 하는 이광자 중합법과 나노임프린트법을 이용한 미세유체칩 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 제1단계는, 상기 제1 기판의 상면에 감광성 폴리머를 도포하고, 레이저로 3D 프린팅하여 제1 기판에 포지티브 패턴(Positive Pattern)을 형성하는 이광자 중합법(two photon polymerization)에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 이광자 중합법과 나노임프린트법을 이용한 미세유체칩 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 제1단계 이후에, 상기 패턴이 형성된 제1 기판의 상면을 실란(silane)으로 플라즈마 표면처리하여 상기 제1 기판의 상면에 소수성 박막을 증착하는 단계;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이광자 중합법과 나노임프린트법을 이용한 미세유체칩 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 제2단계는, 상기 제1 기판에서 탈거된 상기 최초 몰드의 하면에는, 제1 기판에 형성된 패턴에 역상의 네거티브 패턴(Negative Pattern)이 써멀 임프린트(Thermal Imprint)된 것을 특징으로 하는 이광자 중합법과 나노임프린트법을 이용한 미세유체칩 제조방법.
- 제5항에 있어서,
상기 제3단계는, 상기 최초 몰드의 하면과 서로 마주하는 상기 핀 몰드의 상면에는, 최초 몰드에 형성된 패턴에 역상의 포지티브 패턴(Positive Pattern)이 UV 임프린트(UV Imprint)된 것을 특징으로 하는 이광자 중합법과 나노임프린트법을 이용한 미세유체칩 제조방법.
- 제6항에 있어서,
상기 제3단계 이후에, 상기 패턴이 형성된 핀 몰드의 상면을 실란(silane)으로 플라즈마 표면처리하여 상기 핀 몰드의 상면에 소수성 박막을 증착하는 단계;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이광자 중합법과 나노임프린트법을 이용한 미세유체칩 제조방법.
- 제6항에 있어서,
상기 제4단계는, 상하 역전된 상기 핀 몰드의 하면과 서로 마주하는 상기 제2 기판의 상면에는, 핀 몰드에 형성된 패턴에 역상의 네거티브 패턴(Negative Pattern)이 UV 임프린트(UV Imprint)된 것을 특징으로 하는 이광자 중합법과 나노임프린트법을 이용한 미세유체칩 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 제4단계 이후에, 상기 다수의 동일 패턴이 전사된 제2 기판의 상면을 실란(silane)으로 플라즈마 표면처리하여 상기 제2 기판의 상면에 소수성 박막을 증착하는 단계;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이광자 중합법과 나노임프린트법을 이용한 미세유체칩 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 제5단계는, 상기 제2 기판에서 탈거된 상기 배열 몰드의 하면에는, 제2 기판에 형성된 패턴에 역상의 포지티브 패턴(Positive Pattern)이 써멀 임프린트(Thermal Imprint)된 것을 특징으로 하는 이광자 중합법과 나노임프린트법을 이용한 미세유체칩 제조방법.
- 제10항에 있어서,
상기 제6단계는, 상기 배열 몰드의 하면과 서로 마주하는 상기 미세유체칩의 상면에는, 배열 몰드에 형성된 패턴에 역상의 네거티브 패턴(Negative Pattern)이 UV 나노임프린트(UV Nanoimprint)된 것을 특징으로 하는 이광자 중합법과 나노임프린트법을 이용한 미세유체칩 제조방법.
- 제11항에 있어서,
상기 미세유체칩에 형성된 패턴은, 상기 핀 몰드에 형성된 패턴에 역상의 패턴인 것을 특징으로 하는 이광자 중합법과 나노임프린트법을 이용한 미세유체칩 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 제6단계 이후에, 상기 다수의 미세유체칩이 각각의 개별 소자로 분리되도록 상기 제3 기판을 컷팅하는 단계;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이광자 중합법과 나노임프린트법을 이용한 미세유체칩 제조방법.
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