WO2012060576A2 - Method for processing a nano fine electrode within a biochemical analysis chip - Google Patents

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Definitions

  • the thickness of the microelectrode and the microchannel may be controlled at a nanoscale, but the microelectrode having a microscopic width or length is formed. This is because mask making and exposure are performed at the micro level.
  • Nano-electrode processing method inside the biochemical analysis chip devised to achieve the above object comprises the steps of (a) forming a metal pattern on the surface of the first base material; (b) coupling a second base material to an upper portion of the first base material on which the metal pattern is formed; And (c) forming a microchannel and a microelectrode by simultaneously processing the metal pattern and the base material with a femtosecond laser.
  • the processing direction of the microchannel may be a horizontal direction with respect to the metal pattern.
  • the processing height of the femtosecond laser in the step (c) it can be processed so that the microelectrode is placed at any one of the top, center, and bottom of the microchannel.
  • the method may further include selectively processing only the metal pattern using the femtosecond laser (a1) between the step (a) and the step (b).
  • the width of the microelectrode formed on both sides of the microchannel in the step (c) may be different from each other.
  • the processing direction of the microchannel may be perpendicular to the metal pattern.
  • the processing direction of the microchannel may be inclined at an angle with respect to the metal pattern.
  • the microchannel may be processed so that the microchannel penetrates the metal pattern a plurality of times.
  • step (d) further processing the microchannel and the microelectrode to selectively expand the inner diameter of the microchannel, thereby allowing the microelectrode to protrude into the microchannel. can do.
  • the fine electrode can be accurately and precisely formed in the microchannel.
  • 1 is a cross-sectional view showing a process of forming a metal pattern inside the base material using a lithography process
  • FIG. 3 is a view for explaining a microchannel and a microelectrode processing method using a femtosecond laser according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is a view for explaining a microchannel and a microelectrode processing method using a femtosecond laser according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 5 is a view for explaining a microchannel and microelectrode processing method using a femtosecond laser according to another embodiment of the present invention
  • Fig. 6 is a diagram showing an example of forming the protruding microelectrode by further processing.
  • the electrode becomes difficult to accumulate rapidly in a microstructure having a channel size of 1 micrometer or less, and thus, there is a technical difficulty. .
  • the nano-electrode processing method inside the biochemical analysis chip according to the present invention is made through the following process.
  • first step a metal pattern is formed on the surface of the first base material
  • second step only a metal pattern is selectively processed using a femtosecond laser
  • third step the second base material is bonded to the first base material on which the metal pattern is formed
  • fourth step the microchannel and the microelectrode are formed by simultaneously processing the metal pattern and the base material with a femtosecond laser "fourth step) "). It is noted here that the second step may be omitted as necessary.
  • FIG. 2 is a view for explaining a metal pattern additional processing method using a femtosecond laser according to an embodiment of the present invention.
  • Femtosecond laser processing has the characteristic of nonlinear optical destruction and cutting of the material in the laser focus regardless of the type of material when the energy intensity of the laser focus exceeds the band gap of the material. Fine processing is possible.
  • the metal pattern is pre-formed into the desired design inside the base material, and only the metal pattern is selectively processed using a femtosecond laser. By processing the microelectrode can be accurately and precisely formed in the microchannel.
  • the metal pattern formed on the lithography base is further processed by femtosecond laser nanosurface processing to further process the metal pattern at the nano-level resolution.
  • a metal pattern of a level can be obtained (second step).
  • a surface processing resolution of less than 100 nanometers can be obtained, and thus nanoscale patterns that are difficult to obtain in the lithography process can be easily realized.
  • the second step may be omitted and the micro-level metal pattern may be manufactured.
  • a metal pattern 12 having a level of about 10 micrometers is formed on the base material 10.
  • a metal pattern 12 having a level of about 10 micrometers is formed on the base material 10.
  • the nanocomb electrode 14 may be easily processed at a resolution of about 100 nanometers or less by using a femtosecond laser nanosurface machining method as shown in FIG. 2 (b).
  • the nano-electrode pair 16 formed to face each other with a pointed tip as shown in Figure 2 (c) may be processed at a resolution of about 100 nanometers or less.
  • the metal pattern of about 100 nanometers can be easily manufactured by applying the lithography technique and the femtosecond laser nanosurface processing method.
  • the metal substrate may be directly integrated into the chip by combining the upper base material on the nano metal electrode patterns thus formed, but by further processing nanoscale microchannels having a three-dimensional shape by using femtosecond laser nanomachining, It is possible to implement a fusion type nano-microelectrode and nano-microchannels with utilization and added value.
  • 3 is a view for explaining a microchannel and a microelectrode processing method using a femtosecond laser according to an embodiment of the present invention.
  • 3 illustrates an example in which the processing direction of the microchannel is in a horizontal direction with respect to the metal pattern.
  • 3 (a) to 3 (c) the upper three views are plan views, and the lower three views are vertical sectional views.
  • the base material and the metal pattern are simultaneously processed by the femtosecond laser processing method on the base material including the metal pattern to form microchannels and microelectrodes. There are four steps.
  • FIG. 3 (a) is typically illustrated as a narrow metal pattern 22, but may be equally applied to the wide metal pattern 24 and the asymmetric metal pattern 26. To reveal.
  • the asymmetric metal patterns 26 having different widths on the left and right sides are formed, microelectrode pairs having different widths of the left and right microelectrodes are formed.
  • 4 is a view for explaining a microchannel and a microelectrode processing method using a femtosecond laser according to another embodiment of the present invention. 4 shows an example in which the processing direction of the microchannel is perpendicular to the metal pattern.
  • the microchannel 44 is perpendicular to the metal pattern 42.
  • a circular ring-shaped microelectrode 42 is formed on the wall surface of the microchannel 44. That is, when the femtosecond laser focus penetrates the metal pattern vertically, a ring-shaped microelectrode may be formed.
  • 5 is a view for explaining a microchannel and a microelectrode processing method using a femtosecond laser according to another embodiment of the present invention.
  • 5 illustrates an embodiment in which two or more circular microelectrodes are formed along a microchannel (FIGS. 5A and 5B) and an embodiment in which an elliptical microelectrode is formed along a microchannel (FIG. 5C). ) Is shown.
  • microelectrodes By processing the microchannels so that the microchannels penetrate the metal pattern a plurality of times, a plurality of microelectrodes can be obtained.
  • the plurality of metal patterns 56 are formed in the horizontal direction, and the microchannels 54 are formed in a U-shape using a three-dimensional femtosecond laser processing method, the plurality of ring-shaped microelectrodes are formed in the microchannels. Can be installed accordingly.
  • the U-shaped microchannel is illustrated as an example, but any type of microchannel may be used as long as the processing direction of the microchannel is changed.
  • FIG. 5 (c) shows an elliptical microelectrode formed by inclining at an oblique angle with respect to the metal pattern instead of making the microchannel processing direction with respect to the metal pattern horizontal (FIG. 3) or vertical (FIG. 4).
  • FIG. 3 shows an elliptical microelectrode formed by inclining at an oblique angle with respect to the metal pattern instead of making the microchannel processing direction with respect to the metal pattern horizontal (FIG. 3) or vertical (FIG. 4).
  • FIG. 5 (c) shows an elliptical microelectrode formed by inclining at an oblique angle with respect to the metal pattern instead of making the microchannel processing direction with respect to the metal pattern horizontal (FIG. 3) or vertical (FIG. 4).
  • An example is shown.
  • the microchannel is elliptical when the microchannel is formed obliquely from the lower direction to the upper direction by changing the direction.
  • a plurality of fine electrodes may be formed.
  • microelectrodes may be formed on the walls of the microchannels, and the number of microelectrodes may be increased.
  • Fig. 6 is a diagram showing an example of forming the protruding microelectrode by further processing.
  • the microchannels 62 formed in the base material 60 and the microelectrodes 64 are post-processed to selectively expand the inner diameter of the microchannels 62, thereby expanding the microchannels 66.
  • the protrusion 68 may be implemented to protrude the microelectrode 64 into the inside. In this case, only the microchannel 62 may be selectively etched using hydrogen fluoride (HF) to form the expanded microchannel 66.
  • HF hydrogen fluoride
  • Such a protruding microelectrode may be very useful when the contact surface between the electrode and the fluid needs to be wider, or when the internal protruding structure is functionally required.

Abstract

The present invention relates to a method for processing a nano fine electrode within a biochemical analysis chip. More particularly, a metal pattern is formed within a mother material, and then the mother material and the metal pattern are processed at the same time using a femtosecond laser to precisely and finely form a fine electrode in a fine channel. Also, only the metal pattern is additionally processed through a femtosecond laser nano surface processing method to obtain a more precise metal pattern on a nano scale level. As a result, a nano scale fine electrode having a size less than about 100 nanometers may be obtained. Also, accuracy of a nanometer level between the fine electrode and the fine channel may be secured, and the processing process may be simplified.

Description

생화학 분석칩 내부의 나노 미세전극 가공방법Nano-microelectrode processing method inside biochemical analysis chip
본 발명은 생화학 분석칩 내부의 나노 미세전극 가공방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 모재 내부에 금속패턴을 형성하고 팸토초 레이저를 이용하여 모재와 금속패턴을 동시에 가공함으로써, 미세전극이 미세채널에 정확하고 정교하게 형성될 수 있도록 하며, 금속패턴만을 펨토초 레이저 나노표면 가공법으로 추가 가공함으로써 더욱 정교한 나노 스케일 수준의 금속패턴을 얻을 수 있고 이를 통해 100 나노미터 이하의 나노 스케일 미세전극을 얻을 수 있으며 미세전극과 미체채널 간 나노미터 수준의 정확도를 확보할 수 있을 뿐만 아니라 가공 프로세스를 간결화할 수 있는 생화학 분석칩 내부의 나노 미세전극 가공방법에 관한 것이다.The present invention relates to a nano-electrode processing method inside the biochemical analysis chip. More specifically, by forming a metal pattern inside the base material and simultaneously processing the base material and the metal pattern using a femtosecond laser, the microelectrode can be accurately and precisely formed in the microchannel, and only the metal pattern is femtosecond laser nanosurface By further processing with the machining method, a more precise nanoscale metal pattern can be obtained, which can result in nanoscale microelectrodes of less than 100 nanometers, and nanometer accuracy between microelectrodes and microchannels. The present invention relates to a nanoelectrode processing method inside a biochemical analysis chip that can simplify the processing process.
바이오 분야, 전기전자분야 및 나노가공분야 기술의 눈부신 발전에 힘입어 생체물질을 분석하기 위한 생화학 분석칩에 관한 연구가 활발하다. 생화학 분석칩은 일반적으로 유리재질의 모재에 금속 패턴을 형성하고, 상판을 결합시키는 방식으로 제조되고 있다. Thanks to the remarkable developments in the fields of biotechnology, electrical and electronics, and nanoprocessing, research on biochemical analysis chips for analyzing biomaterials is being actively conducted. Biochemical analysis chips are generally manufactured by forming metal patterns on glass substrates and bonding top plates.
이러한 금속 패턴을 형성하기 위해서는 반도체 공정에 널리 사용되는 리소그래피 공정을 사용하게 된다. 그러나, 리소그래피 공정을 생화학 분석칩의 제조에 활용할 경우, 일반적인 반도체 제조공정과는 달리 두 개 이상의 층을 물리적으로 본딩하여 미세채널을 형성해야 하는 등 추가적인 공정을 필요로 하기 때문에 나노 수준의 미세전극을 생화학 칩 내부에 형성하는 것이 매우 어려운 작업이 된다.In order to form such a metal pattern, a lithography process widely used in a semiconductor process is used. However, when the lithography process is used to manufacture a biochemical analysis chip, unlike the general semiconductor manufacturing process, it requires additional processes such as physically bonding two or more layers to form microchannels. Forming inside the biochemical chip is a very difficult task.
리소그래피 공정에 의해 금속패턴을 형성하고 이를 미세전극으로 가공하게 되면 미세전극과 미세채널의 두께는 나노 스케일로 조절할 수 있다 하더라도 폭이나 길이 등 형태는 마이크로 수준인 미세전극을 갖게 된다. 왜냐하면 마스크 제작과 노광이 마이크로 수준에서 이루어지기 때문이다. When a metal pattern is formed by a lithography process and processed into a microelectrode, the thickness of the microelectrode and the microchannel may be controlled at a nanoscale, but the microelectrode having a microscopic width or length is formed. This is because mask making and exposure are performed at the micro level.
이와 같이 리소그래피 방식은 근본적으로 삼차원 구조의 가공에 제약이 있으며, 이는 다층구조를 통해 어느 정도는 해결할 수 있으나, 반도체와 달리 진정한 삼차원 구조의 필요성이 있는 생화학 분석 분야의 요구를 충족할 수 없는 한계가 있다.As such, the lithography method is fundamentally limited to the processing of three-dimensional structures, which can be solved to some extent through multi-layered structures, but unlike semiconductors, there is a limit that cannot meet the needs of the biochemical analysis field that requires a true three-dimensional structure. have.
한편, 삼차원 구조 제작의 한계를 극복하기 위한 한 가지 방법으로 최근 펨토초 레이저 가공법이 주목을 받고 있다. 펨토초 레이저 가공법에 의하면 레이저의 초점이 움직이는 경로를 따라 모재 내부에서 삼차원의 구조를 만들 수 있다. Meanwhile, femtosecond laser processing has recently attracted attention as one method for overcoming the limitations of three-dimensional structure fabrication. With femtosecond laser processing, three-dimensional structures can be created inside the substrate along the path of the laser's focus.
그러나, 미세전극이 없는 이러한 삼차원 나노 구조물만으로는 효과적인 전기 운동학적 유동제어와 분석 및 측정을 수행하는 데 한계가 있어, 본격적인 생화학 분석칩의 개발에 제약이 따른다. 이러한 한계를 극복하기 위해서는 삼차원 나노 구조에 미세전극을 동시에 형성시키는 가공법의 개발 필요성이 대두된다.However, these three-dimensional nanostructures without microelectrodes alone have limitations in performing effective electrokinetic flow control, analysis, and measurement, thus limiting the development of full-scale biochemical analysis chips. In order to overcome this limitation, the necessity of developing a processing method for simultaneously forming a microelectrode in a three-dimensional nanostructure is emerging.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 특히 미세전극이 미세채널에 정확하고 정교하게 형성될 수 있도록 하고, 더욱 정교한 나노 스케일 수준의 금속패턴을 얻을 수 있음으로써 100 나노미터 이하의 나노 스케일 미세전극을 얻을 수 있으며, 다양한 형태의 미세전극을 미세채널의 벽에 형성할 수 있고 미세전극의 개수도 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라, 미세전극과 미세채널의 위치관계를 조절할 수 있고 전극와 유체의 접촉면을 보다 넓힐 수 있는 생화학 분석칩 내부의 나노 미세전극 가공방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above problems, in particular, the micro-electrode can be accurately and precisely formed in the micro-channel, and by obtaining a more sophisticated nano-scale metal pattern of less than 100 nanometers It is possible to obtain nanoscale microelectrodes, to form various types of microelectrodes on the walls of microchannels, to increase the number of microelectrodes, and to control the positional relationship between microelectrodes and microchannels, An object of the present invention is to provide a method for processing nano-electrodes inside a biochemical analysis chip that can widen the contact surface of the chip.
상기 목적을 달성하기 위해 안출된 본 발명에 따른 생화학 분석칩 내부의 나노 미세전극 가공방법은 (a) 제1 모재의 표면에 금속패턴을 형성하는 단계; (b) 상기 금속패턴이 형성된 상기 제1 모재의 상부에 제2 모재를 결합하는 단계; 및 (c) 상기 금속패턴과 상기 모재를 펨토초 레이저로 동시에 가공함으로써 미세채널과 미세전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.Nano-electrode processing method inside the biochemical analysis chip according to the present invention devised to achieve the above object comprises the steps of (a) forming a metal pattern on the surface of the first base material; (b) coupling a second base material to an upper portion of the first base material on which the metal pattern is formed; And (c) forming a microchannel and a microelectrode by simultaneously processing the metal pattern and the base material with a femtosecond laser.
또한, 상기 (c)단계에서 상기 미세채널의 가공방향은 상기 금속패턴에 대하여 수평방향일 수 있다.In addition, in the step (c), the processing direction of the microchannel may be a horizontal direction with respect to the metal pattern.
또한, 상기 (c)단계에서 상기 펨토초 레이저의 가공높이를 조절함으로써 상기 미세전극이 상기 미세채널의 상부, 중앙, 하부 중 어느 하나의 위치에 놓이도록 가공할 수 있다.In addition, by adjusting the processing height of the femtosecond laser in the step (c) it can be processed so that the microelectrode is placed at any one of the top, center, and bottom of the microchannel.
또한, 상기 (a)단계와 상기 (b)단계 사이에 (a1) 펨토초 레이저를 이용하여 상기 금속패턴만을 선택적으로 가공하는 단계를 더 포함할 수 있다.The method may further include selectively processing only the metal pattern using the femtosecond laser (a1) between the step (a) and the step (b).
또한, 상기 (a1)단계에서 상기 금속패턴의 양단의 폭을 비대칭으로 가공함으로써, 상기 (c)단계에서 상기 미세채널의 양측에 형성되는 상기 미세전극의 폭이 서로 상이하도록 가공할 수 있다.In addition, by asymmetrically processing the width of both ends of the metal pattern in the step (a1), the width of the microelectrode formed on both sides of the microchannel in the step (c) may be different from each other.
또한, 상기 (c)단계에서 상기 미세채널의 가공방향은 상기 금속패턴에 대하여 수직방향일 수 있다.In addition, in the step (c), the processing direction of the microchannel may be perpendicular to the metal pattern.
또한, 상기 (c)단계에서 상기 미세채널의 가공방향은 상기 금속패턴에 대하여 일정 각도로 기울어질 수 있다.Further, in the step (c), the processing direction of the microchannel may be inclined at an angle with respect to the metal pattern.
또한, 상기 (c)단계에서 상기 미세채널이 상기 금속패턴을 복수회 관통하도록 상기 미세채널을 가공할 수 있다.In addition, in the step (c), the microchannel may be processed so that the microchannel penetrates the metal pattern a plurality of times.
또한, 상기 (c)단계에서 상기 미세채널을 U자 형태로 가공함으로써 복수개의 미세전극을 형성할 수 있다.In addition, in step (c), the microchannels may be processed in a U-shape to form a plurality of microelectrodes.
또한, 상기 (c)단계 이후에 (d) 상기 미세채널과 상기 미세전극을 후처리하여 상기 미세채널의 내경을 선택적으로 확장시킴으로써, 상기 미세채널 내부로 상기 미세전극이 돌출되도록 하는 단계를 더 포함할 수 있다.Further, after the step (c), (d) further processing the microchannel and the microelectrode to selectively expand the inner diameter of the microchannel, thereby allowing the microelectrode to protrude into the microchannel. can do.
본 발명에 의하면 모재 내부에 금속패턴을 형성하고 팸토초 레이저를 이용하여 모재와 금속패턴을 동시에 가공함으로써, 미세전극이 미세채널에 정확하고 정교하게 형성될 수 있도록 하는 효과가 있다.According to the present invention, by forming a metal pattern inside the base material and simultaneously processing the base material and the metal pattern using a femtosecond laser, there is an effect that the fine electrode can be accurately and precisely formed in the microchannel.
또한, 본 발명에 의하면 금속패턴만을 펨토초 레이저 나노표면 가공법으로 추가 가공함으로써 더욱 정교한 나노 스케일 수준의 금속패턴을 얻을 수 있고, 이를 통해 100 나노미터 이하의 나노 스케일 미세전극을 얻을 수 있으며, 미세전극과 미체채널 간 나노미터 수준의 정확도를 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 가공 프로세스가 매우 간결해지는 효과가 있다.In addition, according to the present invention, by further processing only the metal pattern by the femtosecond laser nanosurface method, a more precise nanoscale metal pattern can be obtained, and through this, a nanoscale microelectrode of less than 100 nanometers can be obtained, Not only can nanometer-level accuracy be achieved between microchannels, but the process is very simple.
또한, 본 발명에 의하면 펨토초 레이저 초점의 가공방향을 다양하게 변경시킴으로써 다양한 형태의 미세전극을 미세채널의 벽에 형성할 수 있으며, 미세전극의 개수도 증가시킬 수 있는 효과가 있다.In addition, according to the present invention by varying the processing direction of the femtosecond laser focus can be formed on the wall of the microchannels of various types, there is an effect that can increase the number of microelectrodes.
또한, 본 발명에 의하면 펨토초 레이저의 가공높이를 조절하여 미세전극과 미세채널의 위치관계를 조절할 수 있고, 기 가공된 미세전극과 미세채널을 후처리하여 내부돌출 미세전극을 형성함으로써 전극와 유체의 접촉면을 보다 넓힐 수 있는 효과가 있다.In addition, according to the present invention, the positional relationship between the microelectrode and the microchannel can be controlled by adjusting the processing height of the femtosecond laser, and after contacting the preprocessed microelectrode and the microchannel to form an internally projecting microelectrode, the contact surface between the electrode and the fluid is formed. It is effective to widen the.
도 1은 리소그래피 공정을 이용하여 모재의 내부에 금속패턴을 형성하는 과정을 도시한 단면도,1 is a cross-sectional view showing a process of forming a metal pattern inside the base material using a lithography process,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 펨토초 레이저를 이용한 금속패턴 추가가공 방법을 설명하기 위한 도면,2 is a view for explaining a metal pattern additional processing method using a femtosecond laser according to an embodiment of the present invention,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 펨토초 레이저를 이용한 미세채널 및 미세전극 가공방법을 설명하기 위한 도면,3 is a view for explaining a microchannel and a microelectrode processing method using a femtosecond laser according to an embodiment of the present invention,
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 펨토초 레이저를 이용한 미세채널 및 미세전극 가공방법을 설명하기 위한 도면,4 is a view for explaining a microchannel and a microelectrode processing method using a femtosecond laser according to another embodiment of the present invention,
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 펨토초 레이저를 이용한 미세채널 및 미세전극 가공방법을 설명하기 위한 도면,5 is a view for explaining a microchannel and microelectrode processing method using a femtosecond laser according to another embodiment of the present invention,
도 6은 추가처리에 의해 돌출 미세전극을 형성하는 예를 도시한 도면이다.Fig. 6 is a diagram showing an example of forming the protruding microelectrode by further processing.
(a) 제1 모재의 표면에 금속패턴을 형성하는 단계;(a) forming a metal pattern on the surface of the first base material;
(b) 상기 금속패턴이 형성된 상기 제1 모재의 상부에 제2 모재를 결합하는 단계; 및(b) coupling a second base material to an upper portion of the first base material on which the metal pattern is formed; And
(c) 상기 금속패턴과 상기 모재를 펨토초 레이저로 동시에 가공함으로써 미세채널과 미세전극을 형성하는 단계를 포함하는 생화학 분석칩 내부의 나노 미세전극 가공방법이 본 발명의 실시를 위한 최선의 형태이다.(c) The nano-electrode processing method inside the biochemical analysis chip including the step of forming the microchannel and the microelectrode by simultaneously processing the metal pattern and the base material with a femtosecond laser is the best form for the practice of the present invention.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. First, in adding reference numerals to the components of each drawing, it should be noted that the same reference numerals are assigned to the same components as much as possible, even if shown on different drawings. In addition, in describing the present invention, when it is determined that the detailed description of the related well-known configuration or function may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. In addition, the following will describe a preferred embodiment of the present invention, but the technical idea of the present invention is not limited thereto and may be variously modified and modified by those skilled in the art.
펨토초 레이저는 펄스 레이저의 일종으로, 펄스 폭이 펨토초(10-15초) 영역인 매우 파장이 짧은 레이저이다. 이러한 펨토초 레이저를 이용한 가공법에 의하면 펨토초 레이저를 이용하여 소재에 마이크로 미터에서 수백 나노미터의 해상도로 미세구조를 가공하는 기법으로, 자유로운 삼차원 가공이 가능하며 리소그래피 방식과 달리 청정실이 필요없고 본딩(bonding) 과정이 불필요하다.A femtosecond laser is a type of pulsed laser that is a very short wavelength laser having a pulse width in the femtosecond ( 10-15 seconds) region. According to the processing method using the femtosecond laser, the microstructure is processed to the material with the resolution from micrometer to hundreds of nanometers by using the femtosecond laser, and free three-dimensional processing is possible. The process is unnecessary.
생체 분석침 혹은 랩온어칩(Lab-On-a-Chip) 제조에서 전기운동학적 유체 구동과 전기화학적 센싱 등의 필수기능을 수행하도록 하기 위해서는 칩 내부의 정해진 위치에 전극을 설치하는 것이 필수적이다. In order to perform essential functions such as electrokinetic fluid driving and electrochemical sensing in bioanalysis needle or lab-on-a-chip manufacturing, it is necessary to install electrodes at predetermined positions inside the chip.
이러한 미세전극을 형성하기 위해서는 도 1에 도시된 바와 같은 리소그래피 방법을 이용하는 것이 일반적이다. 그러나, 일반적인 리소그래피 방법에 의하면 채널의 크기가 1 마이크로미터 이하인 미세구조에서 전극의 집적이 급격히 어려워지므로, 기술적 어려움이 있고 청정실 등의 제조시설의 규모나 정밀도가 엄격하므로 제조단가에도 큰 영향을 주게 된다.In order to form such a microelectrode, it is common to use a lithography method as shown in FIG. However, according to the general lithography method, the electrode becomes difficult to accumulate rapidly in a microstructure having a channel size of 1 micrometer or less, and thus, there is a technical difficulty. .
본 발명에 따른 생화학 분석칩 내부의 나노 미세전극 가공방법은 다음과 같은 과정을 통해 이루어진다. The nano-electrode processing method inside the biochemical analysis chip according to the present invention is made through the following process.
첫째, 제1 모재의 표면에 금속패턴을 형성하고("제1 단계"), 둘째, 펨토초 레이저를 이용하여 금속패턴만을 선택적으로 가공한다("제2 단계"). 셋째, 금속패턴이 형성된 제1 모재에 제2 모재를 결합한 후("제3 단계"), 넷째, 금속패턴과 모재를 펨토초 레이저로 동시에 가공함으로써 미세채널과 미세전극을 형성한다("제4 단계"). 여기서, 제2 단계는 필요에 따라 생략될 수도 있음을 밝혀둔다.First, a metal pattern is formed on the surface of the first base material (“first step”), and second, only a metal pattern is selectively processed using a femtosecond laser (“second step”). Third, after the second base material is bonded to the first base material on which the metal pattern is formed ("third step"), and fourth, the microchannel and the microelectrode are formed by simultaneously processing the metal pattern and the base material with a femtosecond laser ("fourth step) "). It is noted here that the second step may be omitted as necessary.
먼저, 도 1을 이용하여 제1 단계와 제3 단계에 대해 설명한다.First, the first step and the third step will be described with reference to FIG. 1.
도 1은 리소그래피 공정을 이용하여 모재의 내부에 금속패턴을 형성하는 과정을 도시한 단면도이다. 이하에서는 유리 계열의 모재를 예로 들어 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다.1 is a cross-sectional view illustrating a process of forming a metal pattern inside a base material using a lithography process. Hereinafter, the glass-based base material has been described as an example, but is not limited thereto.
유리 계열의 모재(2) 상에 금속 레이어(1)를 화학적 증착법 등을 이용하여 형성하고, 마스크(3)를 이용하여 원하는 형상의 금속패턴(4, 5)을 형성한 후 상판 모재(6)를 결합하는 과정을 거치게 된다. 금속패턴의 형성시에 습식에칭법(wet-etching) 등의 방법을 사용할 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다. 이러한 과정에서는 마스크의 제작과 노광이 나노 수준에서 이루어지기 어렵기 때문에, 금속 패턴의 폭이나 길이를 나노 수준으로 하기 위해서 추가적으로 특수한 공정을 필요로 한다. 이를 해결하기 위한 방법으로, 도 2를 이용하여 제2 단계에 대해 설명한다.The metal layer 1 is formed on the glass-based base material 2 by chemical vapor deposition, or the like, and the metal patterns 4 and 5 having a desired shape are formed by using the mask 3, and then the upper base material 6 is formed. It will go through the process of combining. In forming the metal pattern, a method such as wet etching may be used, but is not limited thereto. In this process, since the fabrication and exposure of the mask is difficult to be made at the nano level, an additional special process is required to make the width or length of the metal pattern at the nano level. As a method for solving this, the second step will be described with reference to FIG. 2.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 펨토초 레이저를 이용한 금속패턴 추가가공 방법을 설명하기 위한 도면이다.2 is a view for explaining a metal pattern additional processing method using a femtosecond laser according to an embodiment of the present invention.
펨토초 레이저 가공법은 레이저 초점의 에너지 강도가 물질의 밴드갭(band gap)을 넘게 되면 물질의 종류에 무관하게 레이저 초점에 놓인 물질을 비선형 광학적으로 파괴 및 절삭하는 특성을 가지고 있고, 나노 스케일까지 삼차원적 미세가공이 가능하다. 이를 이용하여 리소그래피 기반의 가공법을 이용하여 모재 내부에 원하는 디자인으로 금속패턴을 미리 형성시켜 놓고, 펨토초 레이저를 이용하여 금속 패턴만을 선택적으로 추가 가공한 후, 특정 형상으로 가공된 금속패턴과 모재를 동시에 가공함으로써 미세전극이 미세채널에 정확하고 정교하게 형성될 수 있도록 한다.Femtosecond laser processing has the characteristic of nonlinear optical destruction and cutting of the material in the laser focus regardless of the type of material when the energy intensity of the laser focus exceeds the band gap of the material. Fine processing is possible. By using the lithography-based processing method, the metal pattern is pre-formed into the desired design inside the base material, and only the metal pattern is selectively processed using a femtosecond laser. By processing the microelectrode can be accurately and precisely formed in the microchannel.
제1 단계를 통하여 모재의 표면에 금속패턴을 형성시킨 후, 금속패턴을 나노수준의 해상도로 추가적인 가공을 수행하기 위해 리소그래피 기반으로 형성된 금속패턴을 펨토초 레이저 나노표면 가공법으로 추가 가공함으로써 더욱 정교한 나노 스케일 수준의 금속패턴을 얻을 수 있다(제2 단계).After the metal pattern is formed on the surface of the base material through the first step, the metal pattern formed on the lithography base is further processed by femtosecond laser nanosurface processing to further process the metal pattern at the nano-level resolution. A metal pattern of a level can be obtained (second step).
이와 같이 펨토초 레이저를 이용하여 금속패턴만을 선택적으로 추가 가공할 수 있는 것은 금속과 유리의 밴드갭(band gap) 차이 때문이다. 금속과 유리의 밴드갭 차이를 이용하여 금속패턴만을 선택적으로 가공하기 위해서는 펨토초 레이저의 강도를 조절할 필요가 있다. 보다 구체적으로 설명하면, 금속에 비해 상대적으로 밴드갭이 훨씬 큰 유리는 가공되지 않고 금속만 가공되도록 펨토초 레이저의 강도를 조절함으로써, 모재는 가공되지 않고 금속패턴만을 선택으로 가공하는 것이다.The femtosecond laser can be used to selectively process only the metal pattern because of the difference in the band gap between the metal and the glass. In order to selectively process only a metal pattern by using a band gap difference between metal and glass, it is necessary to adjust the intensity of the femtosecond laser. More specifically, by controlling the intensity of the femtosecond laser so that the glass having a much larger bandgap than the metal is processed, only the metal, the base metal is not processed, and only the metal pattern is selectively processed.
펨토초 레이저 나노표면 가공법에 의하면 100 나노미터 이하의 표면가공 해상도를 얻을 수 있기 때문에, 리소그래피 공정으로는 얻기 어려운 나노수준의 패턴을 용이하게 구현할 수 있게 된다. According to the femtosecond laser nanosurface processing method, a surface processing resolution of less than 100 nanometers can be obtained, and thus nanoscale patterns that are difficult to obtain in the lithography process can be easily realized.
다만, 나노 수준의 금속패턴을 필요로 하지 않는 경우에는 제2 단계를 생략하고 마이크로 수준의 금속패턴으로 제작할 수도 있음은 물론이다.However, when the nano-level metal pattern is not required, the second step may be omitted and the micro-level metal pattern may be manufactured.
도 2(a)를 참조하면, 모재(10) 상에 대략 10 마이크로미터 수준의 금속패턴(12)이 형성되어 있다. 금속패턴의 해상도를 보다 향상시키기 위해서는 보다 정밀한 마스크와 노광 및 정렬 기법을 적용하여야 하나, 기술적인 문제점 이외에도 제조 단가에 큰 영향을 미치게 된다. Referring to FIG. 2A, a metal pattern 12 having a level of about 10 micrometers is formed on the base material 10. In order to further improve the resolution of the metal pattern, more precise masks and exposure and alignment techniques have to be applied, but in addition to technical problems, manufacturing cost is greatly affected.
이에 대한 대안으로, 도 2(b)와 같이 펨토초 레이저 나노표면 가공법을 이용하여 나노 콤 전극(14)을 대략 100 나노미터 이하의 해상도로 용이하게 가공할 수 있다. 또한, 도 2(c)와 같이 뾰족한 팁을 가지면서 서로 대향하도록 형성된 나노 전극 쌍(16)을 대략 100 나노미터 이하의 해상도로 가공할 수도 있다.Alternatively, the nanocomb electrode 14 may be easily processed at a resolution of about 100 nanometers or less by using a femtosecond laser nanosurface machining method as shown in FIG. 2 (b). In addition, the nano-electrode pair 16 formed to face each other with a pointed tip as shown in Figure 2 (c) may be processed at a resolution of about 100 nanometers or less.
이와 같이 금속패턴의 제작에도 펨토초 레이저 가공법을 이용하여 미세한 정밀 추가가공이 가능하기 때문에, 리소그래피 기법과 펨토초 레이저 나노표면 가공법을 적용하여 대략 100 나노미터 수준의 금속패턴을 용이하게 제작할 수 있다.In this way, since fine precision additional processing is possible using the femtosecond laser processing method, the metal pattern of about 100 nanometers can be easily manufactured by applying the lithography technique and the femtosecond laser nanosurface processing method.
이와 같이 형성된 나노 금속전극 패턴들 상에 상부 모재를 결합하여 금속 패턴을 칩 내부에 바로 집적될 수도 있으나, 펨토초 레이저 나노머시닝을 활용하여 삼차원 형상을 갖는 나노 스케일의 미세채널을 추가적으로 가공함으로써, 보다 높은 활용도와 부가가치를 갖는 융합형 나노 미세전극 및 나노 미세채널을 구현할 수 있게 된다.The metal substrate may be directly integrated into the chip by combining the upper base material on the nano metal electrode patterns thus formed, but by further processing nanoscale microchannels having a three-dimensional shape by using femtosecond laser nanomachining, It is possible to implement a fusion type nano-microelectrode and nano-microchannels with utilization and added value.
다음으로, 도 3 내지 도 5를 이용하여 제4 단계에 대해 설명한다.Next, a fourth step will be described with reference to FIGS. 3 to 5.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 펨토초 레이저를 이용한 미세채널 및 미세전극 가공방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 3은 미세채널의 가공방향이 금속패턴에 대하여 수평방향을 이루는 예를 도시한 것이다. 도 3(a) 내지 도 3(c)에서 상측의 3개 도면은 평면도이고, 하측의 3개 도면은 수직 단면도이다.3 is a view for explaining a microchannel and a microelectrode processing method using a femtosecond laser according to an embodiment of the present invention. 3 illustrates an example in which the processing direction of the microchannel is in a horizontal direction with respect to the metal pattern. 3 (a) to 3 (c), the upper three views are plan views, and the lower three views are vertical sectional views.
제1 단계 내지 제3 단계를 통하여 모재 내부에 나노 스케일의 금속패턴을 형성한 후, 금속패턴이 포함된 모재를 펨토초 레이저 가공법으로 모재와 금속패턴을 동시에 가공하여 미세채널과 미세전극을 형성하는 제4 단계를 수행하게 된다.After the nanoscale metal pattern is formed inside the base material through the first to third steps, the base material and the metal pattern are simultaneously processed by the femtosecond laser processing method on the base material including the metal pattern to form microchannels and microelectrodes. There are four steps.
준비된 모재를 펨토초 레이저 가공법으로 가공하면 금속과 유리가 동시에 가공되므로, 다양한 나노 수준의 미세전극들을 미세채널에 융합된 형태로 제조할 수 있다. When the prepared base material is processed by femtosecond laser processing, metal and glass are processed at the same time, so that various nano-level microelectrodes can be manufactured in a fused form to microchannels.
도 3(a)를 참조하면, 상대적으로 폭이 좁은 금속패턴(22), 상대적으로 폭이 넓은 금속패턴(24), 양단의 폭이 비대칭인 금속패턴(26)이 모재(20) 내부에 형성된 예가 도시되어 있다. 이때, 상대적으로 폭이 좁은 금속패턴(22)과 양단의 폭이 상이한 금속패턴(26)의 경우, 제2 단계의 가공방법을 이용하여 나노스케일로 형성할 수 있음은 상기에서 언급한 바와 같다. Referring to FIG. 3A, a relatively narrow metal pattern 22, a relatively wide metal pattern 24, and an asymmetric metal pattern 26 at both ends are formed in the base material 20. An example is shown. In this case, as described above, in the case of the metal pattern 22 having a relatively narrow width and the metal pattern 26 having different widths at both ends, the metal pattern 26 may be formed in the nanoscale using the processing method of the second step.
편의상 도 3(a)의 하측 도면의 경우, 대표적으로 폭이 좁은 금속패턴(22)으로 도시되어 있으나, 폭이 넓은 금속패턴(24)과 비대칭 금속패턴(26)의 경우에도 동일하게 적용될 수 있음을 밝혀둔다. 좌우의 폭이 상이한 비대칭 금속패턴(26)을 형성할 경우 좌우 미세전극의 폭이 다른 미세전극 쌍이 만들어진다.For convenience, the lower side of FIG. 3 (a) is typically illustrated as a narrow metal pattern 22, but may be equally applied to the wide metal pattern 24 and the asymmetric metal pattern 26. To reveal. When the asymmetric metal patterns 26 having different widths on the left and right sides are formed, microelectrode pairs having different widths of the left and right microelectrodes are formed.
도 3(b)를 참조하면, 펨토초 레이저 가공법을 활용하여 모재와 금속패턴을 절삭하여 미세채널을 형성할 아웃라인(28)이 도시되어 있다. Referring to FIG. 3 (b), an outline 28 of cutting a base material and a metal pattern using a femtosecond laser processing method to form a microchannel is illustrated.
도 3(c)를 참조하면, 도 3(b)의 아웃라인(28)을 따라 펨토초 레이저 가공법을 이용하여 모재(20)와 금속패턴(22, 24, 26)을 동시에 가공했을 때 형성되는 미세채널(30, 32, 34)과 미세전극의 형태가 도시되어 있다. 도 3(c)에서 미세채널(30, 32, 34)의 양측 단부에 미세전극이 정교하게 형성되어 있다. Referring to FIG. 3 (c), the microstructure formed when the base material 20 and the metal patterns 22, 24, and 26 are simultaneously processed using the femtosecond laser processing method along the outline 28 of FIG. 3 (b). The shapes of the channels 30, 32, 34 and microelectrodes are shown. In FIG. 3C, fine electrodes are formed at both ends of the microchannels 30, 32, and 34.
또한, 펨토초 레이저의 가공높이를 조절하면 미세전극과 미세채널의 위치관계를 조절할 수 있다. 예컨대, 도 3(c)에 도시된 바와 같이 미세전극이 미세채널(30)의 중앙에 위치하도록 가공할 수 있음은 물론, 미세전극이 미세채널(32)의 하부에 위치하도록 가공하거나 미세전극이 미세채널(34)의 상부에 위치하도록 가공할 수도 있다.Also, by adjusting the processing height of the femtosecond laser, it is possible to adjust the positional relationship between the microelectrode and the microchannel. For example, as shown in FIG. 3C, the microelectrode may be processed to be positioned at the center of the microchannel 30, and the microelectrode may be processed to be positioned below the microchannel 32, or the microelectrode may be disposed at the bottom of the microchannel 32. It may be processed to be located above the fine channel 34.
미세전극의 최종 형상은 모재 내부에 형성된 금속패턴의 형상, 펨토초 레이저 초점의 에너지 분포 및 강도, 초점이 금속패턴들을 지나가는 방향과 각도 등에 따라 다양하게 결정될 수 있다. 이와 같이 모재와 금속패턴을 동시에 가공하게 되면 미세전극과 미체채널 간 나노미터 수준의 정확도를 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 가공 프로세스가 매우 간결해지는 장점이 있다.The final shape of the microelectrode may be variously determined according to the shape of the metal pattern formed inside the base material, the energy distribution and intensity of the femtosecond laser focus, the direction and angle at which the focal passes through the metal patterns, and the like. As such, processing the base material and the metal pattern at the same time not only ensures nanometer accuracy between the microelectrode and the microchannel, but also has the advantage of making the processing process very simple.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 펨토초 레이저를 이용한 미세채널 및 미세전극 가공방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 4는 미세채널의 가공방향이 금속패턴에 대하여 수직방향을 이루는 예를 도시한 것이다. 4 is a view for explaining a microchannel and a microelectrode processing method using a femtosecond laser according to another embodiment of the present invention. 4 shows an example in which the processing direction of the microchannel is perpendicular to the metal pattern.
도 4를 참조하면, 미세채널(44)이 금속패턴(42)에 대하여 수직방향을 이루고 있다. 그 결과, 원형의 링 형상 미세전극(42)이 미세채널(44)의 벽면에 형성된다. 즉, 펨토초 레이저 초점이 금속패턴을 수직으로 관통할 경우 링 형상의 미세전극이 만들어질 수 있다.Referring to FIG. 4, the microchannel 44 is perpendicular to the metal pattern 42. As a result, a circular ring-shaped microelectrode 42 is formed on the wall surface of the microchannel 44. That is, when the femtosecond laser focus penetrates the metal pattern vertically, a ring-shaped microelectrode may be formed.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 펨토초 레이저를 이용한 미세채널 및 미세전극 가공방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 5는 두 개 이상의 원형 미세전극이 미세채널을 따라 형성되는 실시예(도 5(a),(b))와, 타원형의 미세전극이 미세채널을 따라 형성되는 실시예(도 5(c))를 도시한 것이다. 5 is a view for explaining a microchannel and a microelectrode processing method using a femtosecond laser according to another embodiment of the present invention. 5 illustrates an embodiment in which two or more circular microelectrodes are formed along a microchannel (FIGS. 5A and 5B) and an embodiment in which an elliptical microelectrode is formed along a microchannel (FIG. 5C). ) Is shown.
미세채널이 금속패턴을 복수회 관통하도록 미세채널을 가공하면 복수개의 미세전극을 얻을 수 있다.By processing the microchannels so that the microchannels penetrate the metal pattern a plurality of times, a plurality of microelectrodes can be obtained.
도 5(a)와 같이, 금속패턴(52)을 다층으로 적층하여 미세채널(50)을 가공하게 되면 미세채널(50)을 따라 복수의 원형 미세전극이 형성될 수 있다. 다만, 리소그래피 공정을 이용하여 다층의 적층모재를 가공하는 것은 기술적으로, 경제적으로 어려움이 따른다는 한계점이 있다.As illustrated in FIG. 5A, when the microchannel 50 is processed by stacking the metal patterns 52 in multiple layers, a plurality of circular microelectrodes may be formed along the microchannel 50. However, there are limitations in technically and economically difficult to process a multilayer laminate using a lithography process.
도 5(b)와 같이, 금속패턴(56)을 수평 방향으로 복수개 형성한 후, 삼차원 펨토초 레이저 가공법을 이용하여 U자 형태로 미세채널(54)을 가공하면 복수개의 링 형상 미세전극을 미세채널을 따라 설치할 수 있다. 도 5(b)에서는 편의상 U자 형태의 미세채널을 예로 들어 도시하였으나, 미세채널의 가공방향을 변경하는 것이라면 어떤 형태의 미세채널도 가능하다.As shown in FIG. 5 (b), when the plurality of metal patterns 56 are formed in the horizontal direction, and the microchannels 54 are formed in a U-shape using a three-dimensional femtosecond laser processing method, the plurality of ring-shaped microelectrodes are formed in the microchannels. Can be installed accordingly. In FIG. 5 (b), for the sake of convenience, the U-shaped microchannel is illustrated as an example, but any type of microchannel may be used as long as the processing direction of the microchannel is changed.
도 5(c)는 금속패턴에 대한 미세채널 가공방향이 수평을 이루거나(도 3) 수직을 이루는 대신(도 4), 금속패턴에 대하여 비스듬한 각도로 기울어지게 가공함으로써 타원형의 미세전극을 형성한 예를 도시한 것이다. 도시되지 않았으나, 도 5(c)와 달리, 상부방향에서 하부방향으로 비스듬하게 미세채널을 형성하여 금속패턴을 관통한 후, 방향을 바꾸어 하부방향에서 상부방향으로 비스듬하게 미세채널을 형성하면 타원형의 미세전극이 복수개로 형성될 수 있다.5 (c) shows an elliptical microelectrode formed by inclining at an oblique angle with respect to the metal pattern instead of making the microchannel processing direction with respect to the metal pattern horizontal (FIG. 3) or vertical (FIG. 4). An example is shown. Although not shown, unlike FIG. 5 (c), after the microchannel is formed obliquely from the upper direction to the downward direction and penetrates the metal pattern, the microchannel is elliptical when the microchannel is formed obliquely from the lower direction to the upper direction by changing the direction. A plurality of fine electrodes may be formed.
이와 같이 펨토초 레이저 초점의 가공방향을 다양하게 변경시킴으로써 다양한 형태의 미세전극을 미세채널의 벽에 형성할 수 있으며, 미세전극의 개수도 증가시킬 수 있다.As such, by varying the processing direction of the femtosecond laser focus, various types of microelectrodes may be formed on the walls of the microchannels, and the number of microelectrodes may be increased.
*도 6은 추가처리에 의해 돌출 미세전극을 형성하는 예를 도시한 도면이다.Fig. 6 is a diagram showing an example of forming the protruding microelectrode by further processing.
제4 단계를 통하여 미세채널과 미세전극을 형성하면 생화학 분석칩으로 활용할 수 있다. 한편, 제4 단계 이후 미세채널과 미세전극에 대하여 추가적으로 후처리를 수행하면 미세전극과 미세채널이 이루는 형상을 변경시킬 수 있다. When the microchannel and the microelectrode are formed through the fourth step, the microchannel and the microelectrode may be used as biochemical analysis chips. On the other hand, if the post-processing is additionally performed on the microchannel and the microelectrode after the fourth step, the shape of the microelectrode and the microchannel may be changed.
일례로, 도 6을 참조하면 모재(60) 내부에 형성된 미세채널(62)과 미세전극(64)을 후처리하여 미세채널(62)의 내경을 선택적으로 확장시킴으로써, 확장된 미세채널(66) 내부로 미세전극(64)이 돌출되도록 돌출부(68)를 구현할 수 있다. 이때, 플루오르화 수소(HF)를 이용하여 미세채널(62) 만을 선택적으로 식각하여 확장된 미세채널(66)을 형성할 수 있다. 이와 같은 돌출 미세전극은 전극와 유체의 접촉면을 보다 넓게 할 필요성이 있거나, 기능적으로 내부 돌출구조가 필요할 경우 매우 유용하게 활용할 수 있다.For example, referring to FIG. 6, the microchannels 62 formed in the base material 60 and the microelectrodes 64 are post-processed to selectively expand the inner diameter of the microchannels 62, thereby expanding the microchannels 66. The protrusion 68 may be implemented to protrude the microelectrode 64 into the inside. In this case, only the microchannel 62 may be selectively etched using hydrogen fluoride (HF) to form the expanded microchannel 66. Such a protruding microelectrode may be very useful when the contact surface between the electrode and the fluid needs to be wider, or when the internal protruding structure is functionally required.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and various modifications, changes, and substitutions may be made by those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention. will be. Accordingly, the embodiments disclosed in the present invention and the accompanying drawings are not intended to limit the technical spirit of the present invention but to describe the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by the embodiments and the accompanying drawings. . The protection scope of the present invention should be interpreted by the following claims, and all technical ideas within the equivalent scope should be interpreted as being included in the scope of the present invention.
본 발명은 나노미터 수준을 포함하는 생화학 분석용 미세구조물과 분석칩 내부에 미세전극을 형성시키는 가공법에 관한 것으로, 특히 나노센서, 나노작동기, 단일세포 분석용 플랫폼, 바이오 신약 개발, 줄기세포 관련연구, DNA 분석분야 등에 광범위하게 적용될 수 있다.The present invention relates to a microstructure for biochemical analysis including nanometer level and a processing method for forming a microelectrode inside the analysis chip, in particular, nanosensor, nano actuator, single cell analysis platform, bio drug development, stem cell related research It can be widely applied to DNA analysis field.

Claims (10)

  1. (a) 제1 모재의 표면에 금속패턴을 형성하는 단계;(a) forming a metal pattern on the surface of the first base material;
    (b) 상기 금속패턴이 형성된 상기 제1 모재의 상부에 제2 모재를 결합하는 단계; 및(b) coupling a second base material to an upper portion of the first base material on which the metal pattern is formed; And
    (c) 상기 금속패턴과 상기 모재를 펨토초 레이저로 동시에 가공함으로써 미세채널과 미세전극을 형성하는 단계(c) forming microchannels and microelectrodes by simultaneously processing the metal pattern and the base material with a femtosecond laser;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 생화학 분석칩 내부의 나노 미세전극 가공방법.Nano-microelectrode processing method inside the biochemical analysis chip comprising a.
  2. 제1항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 (c)단계에서 상기 미세채널의 가공방향은 상기 금속패턴에 대하여 수평방향인 것을 특징으로 하는 생화학 분석칩 내부의 나노 미세전극 가공방법.The processing method of the microchannel in the step (c) is a nano-electrode processing method inside the biochemical analysis chip, characterized in that the horizontal direction with respect to the metal pattern.
  3. 제2항에 있어서,The method of claim 2,
    상기 (c)단계에서 상기 펨토초 레이저의 가공높이를 조절함으로써 상기 미세전극이 상기 미세채널의 상부, 중앙, 하부 중 어느 하나의 위치에 놓이도록 가공하는 것을 특징으로 하는 생화학 분석칩 내부의 나노 미세전극 가공방법.In the step (c) by adjusting the processing height of the femtosecond laser nano-electrode inside the biochemical analysis chip, characterized in that the micro-electrode is processed to be located at any one position of the top, center, bottom of the microchannel. Processing method.
  4. 제1항에 있어서, 상기 (a)단계와 상기 (b)단계 사이에 The method of claim 1, wherein the step (a) and the step (b)
    (a1) 펨토초 레이저를 이용하여 상기 금속패턴만을 선택적으로 가공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 생화학 분석칩 내부의 나노 미세전극 가공방법.(a1) A method for processing nano-electrodes inside a biochemical analysis chip, further comprising selectively processing the metal pattern using a femtosecond laser.
  5. 제4항에 있어서,The method of claim 4, wherein
    상기 (a1)단계에서 상기 금속패턴의 양단의 폭을 비대칭으로 가공함으로써, 상기 (c)단계에서 상기 미세채널의 양측에 형성되는 상기 미세전극의 폭이 서로 상이하도록 가공하는 것을 특징으로 하는 생화학 분석칩 내부의 나노 미세전극 가공방법.Biochemical analysis, characterized in that the (a) by processing the width of both ends of the metal pattern asymmetrically, so that the width of the microelectrode formed on both sides of the microchannel in the step (c) are different from each other Nano micro electrode processing method inside chip.
  6. 제1항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 (c)단계에서 상기 미세채널의 가공방향은 상기 금속패턴에 대하여 수직방향인 것을 특징으로 하는 생화학 분석칩 내부의 나노 미세전극 가공방법. The nano-electrode processing method inside the biochemical analysis chip, characterized in that in the step (c) the processing direction of the microchannel is perpendicular to the metal pattern.
  7. 제1항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 (c)단계에서 상기 미세채널의 가공방향은 상기 금속패턴에 대하여 일정 각도로 기울어진 것을 특징으로 하는 생화학 분석칩 내부의 나노 미세전극 가공방법.The nano-electrode processing method inside the biochemical analysis chip, characterized in that in the step (c) the processing direction of the microchannel is inclined at a predetermined angle with respect to the metal pattern.
  8. 제1항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 (c)단계에서 상기 미세채널이 상기 금속패턴을 복수회 관통하도록 상기 미세채널을 가공하는 것을 특징으로 하는 생화학 분석칩 내부의 나노 미세전극 가공방법.And processing the microchannels such that the microchannels penetrate the metal pattern a plurality of times in step (c).
  9. 제8항에 있어서,The method of claim 8,
    상기 (c)단계에서 상기 미세채널을 U자 형태로 가공함으로써 복수개의 미세전극을 형성하는 것을 특징으로 하는 생화학 분석칩 내부의 나노 미세전극 가공방법.The nano-microelectrode processing method inside the biochemical analysis chip, characterized in that to form a plurality of micro-electrodes by processing the micro-channel in the step (c) in the step (c).
  10. 제1항에 있어서, 상기 (c)단계 이후에The method of claim 1, wherein after step (c)
    (d) 상기 미세채널과 상기 미세전극을 후처리하여 상기 미세채널의 내경을 선택적으로 확장시킴으로써, 상기 미세채널 내부로 상기 미세전극이 돌출되도록 하는 단계(d) postprocessing the microchannels and the microelectrodes to selectively extend the inner diameter of the microchannels so that the microelectrodes protrude into the microchannels;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 생화학 분석칩 내부의 나노 미세전극 가공방법.Nano-microelectrode processing method inside the biochemical analysis chip further comprising a.
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