KR20040005463A - 플라스틱 마이크로칩용 주형틀 및 제조방법. - Google Patents
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Abstract
본 발명은 플라스틱 마이크로 칩용 제조틀 및 제조방법에 관한 발명이다. 본 발명의 목적은 종래의 반도체공정 중 사진공정을 이용하지 아니하고, 반도체 공정 장비를 요구하지 않아 플라스틱 마이크로칩의 제조에 있어서 연구시간의 절감 및 비용절감을 제공하며, 생산 장소의 제약을 받지 않는 플라스틱 마이크로칩 제작용 주형틀을 제조하는 방법 및 상기 방법을 이용한 주형틀을 제공하기 위함이다. 본 발명은 플라스틱 마이크로칩용 주형틀의 제조방법에 있어서 레이저가공방법을 이용하여 채널패턴을 가공한 메탈마스크를 제조하는 제1단계와 상기 메탈마스크상에 PDMS(polydimethylsiloxane)를 주입하고 경화시켜 PDMS양각틀을 제조하는 제2단계 그리고, 상기 PDMS 양각틀을 상기 메탈마스크와 이형시키고, 이형된 PDMS양각틀 표면에 C4F8를 코팅하는 제3단계로 이루어진다.
Description
본 발명은 플라스틱 마이크로 칩용 제조틀 및 제조방법에 관한 발명이다. 특히 상세히 말하면, 제조시간을 단축하고 비용절감을 이루며 제작장소의 제약을 받지않는 플라스틱 마이크로 칩용 주형틀 및 제조방법에 관한 발명이다.
플라스틱 마이크로 칩은 수 ㎠ 크기의 플라스틱에 미세 유로를 형성한 후 전기 영동법 또는 펌프를 이용하여 시료를 주입 후, 이동시켜 분리, 분석하는 칩을 말한다. 플라스틱 마이크로 칩 제작방법에 다양한 시도가 이루어지고 있는데 초기에 사용된 유리나 석영뿐만 아니라, 최근에는 플라스틱을 이용한 제작방법이 활발하게 연구되고 있다. 특히 생물질을 다루는데 있어서 플라스틱은 석영이나 유리가 구비하지 못하는 생물질에 대한 친화성으로 인하여 그 중요성이 커지고 있다. 상기 플라스틱을 이용한 마이크로칩은 양각의 주형틀을 필요로 하는데 도1과 도2는 종래에 플라스틱 마이크로 칩의 양각 주형틀 방법을 도시한 것이다.
도 1은 종래의 유리나 석영을 이용한 주형틀 제작방법의 순서도이다.
도 1에서 도시한 바와 같이, 원하는 마이크로 칩 채널 패턴을 포토마스크로 제작하고, 유리나 석영 기판에 포토레지스트를 스핀코팅하여 소프트 베이킹한 후 포토마스크와 포토레지스트가 코팅된 기판을 정렬하는 단계(1), 그 후 자외선에 일간 노출시키는 단계(2), 현상액으로 기판의 포토레지스트를 현상하는 단계(3), 그 후 불산으로 채널부분을 원하는 깊이만큼 에칭하는 단계(4)를 거치면 플라스틱 마이크로칩용 양각 주형틀이 완성된다.
도 2는 네가티브 포토레지스트인 SU-8을 이용한 주형틀을 제작하는 방법을 도시한 것이다.
도 2에서 도시한 바와 같이, 원하는 마이크로 칩 채널 패턴을 포토마스크로 제작하고, 실리콘 웨이퍼에 네가티브 포토레지스트인 SU-8을 스핀 코팅하여 소프트 베이킹한 후 포토마스크와 포토레지스트가 코팅된 실리콘 웨이퍼를 정렬하는 단계(6), 자외선에 일정시간 노출하는 단계(7), 그 후 현상액으로 기판의 포토레지스트를 현상하는 단계(8)를 거치면 플라스틱 마이크로칩용 양각 주형틀이 완성된다.
상기 종래의 발명들은 반도체 공정중 사진공정을 이용하는 까닭으로 장소 및 장비의 제약이 많다. 즉 크린룸 설치가 필요하고, 공정장비의 가격이 높기 때문에 연구의 제약이 있다. 또한 양각 주형틀 제작에 소요되는 시간이 최소 2일에서 3일정도 소요된다.
상기 유리나 석영을 이용한 주형틀 제작방법은 양각의 채널 모양이 등방성 모양을 나타내기 때문에 시료에 대한 분리능이 떨어지는 문제점을 가지며, 식각을 통해 양각을 형성하기 때문에 깨끗한 채널을 형성하지 못하고 거친 표면을 발생하여 시료에 대한 분리능을 떨어뜨리는 요인을 제공한다. 그리고 3차원 채널 형성이 불가하며, 화학약품이 유독성이어서 안전사고의 위험 및 환경오염에 영향을 준다.
상기 SU-8을 이용한 주형틀 제작방법은 제작시간이 길고, 주형틀의 수명이 20회정도로 짧으며, 소모 비용이 높다. 또한 양각채널이 약하기 때문에 다른 플라스틱 특히 경화된 후 강한 경도를 보이는 플라스틱에는 적용이 어려운 단점이 있다.
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해소하기 위해 발명된 것으로써, 본 발명의 목적은 종래의 반도체 공정 중 사진공정을 이용하지 아니하고, 반도체 공정장비를 요구하지 않아 플라스틱 마이크로칩의 제조에 있어서 연구시간의 절감 및 비용절감을 제공하며, 생산 장소의 제약을 받지 않는 플라스틱 마이크로칩 제작용 주형틀을 제조하는 방법 및 상기 방법을 이용한 주형틀을 제공하기 위함이다.
도 1은 종래의 유리나 석영을 이용한 주형틀 제작방법의 순서도
도 2는 종래의 네가티브 포토레지스트인 SU-8을 이용한 주형틀을 제작하는 방법의 순서도.
도 3은 본원 발명인 플라스틱 마이크로칩용 주형틀을 제조방법의 순서도.
도 4는 메탈마스크 원판의 측면도.
도 5는 레이저가공방법을 이용하여 채널패턴을 형성한 메탈마스크의 단면도.
도 6는 주형물질을 주입한 후 메탈마스크의 단면도.
도 7은 양각틀과 메탈마스크를 분리한 상태의 단면도.
도 8은 상기 양각틀의 표면에 이형제를 코팅한 상태의 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
201 : 메탈마스크 202 : 패턴 형상
203 : PDMS(polydimethylsiloxane) 204 : 양각틀
205 : C4F8
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 플라스틱 마이크로칩용 주형틀의 제조방법에 있어서 레이저가공방법을 이용하여 채널패턴을 가공한 메탈마스크를 제조하는 제1단계와 상기 메탈마스크상에 주형물질을 주입하고 경화시켜 양각틀을 제조하는 제2단계 그리고, 상기 양각틀을 상기 메탈마스크와 이형시키고, 이형된 양각틀 표면에 이형제를 코팅하는 제3단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 플라스틱 마이크로칩용 주형틀 제조방법 및 제조장치에 관한 것이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 또한본 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것은 아니고, 단지 예시로 제시된 것이다.
도 3은 본 발명인 플라스틱 마이크로칩용 주형틀 제조방법의 일실시예의 순서도이다.
본원발명은 도 3에 도시된 바와 같이 플라스틱 마이크로칩용 주형틀 및 제조방법에 있어서 일측면에 음각형상의 채널패턴을 가공한 메탈마스크를 제조하는 제1단계(101)와 상기 메탈마스크상에 주형물질을 주입하고 경화시켜 양각틀(204)을 제조하는 제2단계(102)와 상기 양각틀(204)을 상기 메탈마스크(201)와 이형시키고, 이형된 양각틀(204) 표면에 이형제를 코팅하는 제3단계(103)로 이루어진 것을 특징으로 하는 플라스틱 마이크로칩용 주형틀 및 제조방법으로 이루어져있다.
상기 제1단계(101)에서 패턴형상(202)은 메탈마스크 원판에 레이저 가공법에 의하여 형성된다. 본 레이저 가공법은 고속으로 가열하여 가공하므로 열변형층이 좁고, 아주 단단하거나 잘 깨어지기 쉬운 재료의 가공이 쉬우며, 비접촉식이므로 공구의 마모가 없는 등의 장점이 있다.
또한, 복잡한 모양의 부품을 미세하게 가공할 수 있으며, 작업시 소음과 진동이 없고 작업환경이 깨끗하다는 장점이 있다.
이는 종래의 유리나 석영을 이용한 주형틀 제작방법은 가공과정의 제한에 따라 패턴형상이 등방성 형상인 까닭으로 채널중심과 가장자리 부분의 거리의 차이가 존재하여 시료의 확산이 불균일 하게 되어 원통형에 비해 분리능이 떨어지는 경향을 가진다.
그러나, 도 4에서 도시된 바와 같이 본원발명에서는 레이저 가공에 의하여 다양한 형태의 주형패턴(202)의 제조가 용이하여 채널중심과 가장자리 부분의 거리의 차이를 최소화하는 패턴을 제조하여 분리능의 향상을 기대할 수 있다.
상기 제 2단계(102)에서는 상기 메탈마스크(201) 상에 PDMS(polydimethylsiloxane)(203)를 주입하고 경화시킨 후 메탈마스크(201)와 이형시켜 양각틀(204)을 제조한다.
도 5에서 도시된바와 같이 상기 PDMS(203)를 메탈마스크(201)의 상부에 주입하고, 진공을 걸어 PDMS(203)에서 기포를 모두 뽑아낸 후 70℃ 오븐에서 2시간 정도 두면 고형화 된다. 상기 PDMS는 탄력성이 뛰어난 silicon계의 고분자 물질로서 고분자 물질 중 마이크로 칩 제작에 가장 많이 사용되는 대표적인 물질이다. PDMS는 화학적으로 매우 안정해 접촉한 다른 물질과 서로 반응하지 않고, 매우 균일한 구조를 가지고 있으며 광학적 성질도 우수하여 300nm의 빛에 대한 투과성을 가지는 것으로 알려져 있다. 마이크로 패턴을 제작하였을 때의 기계적 강도 또한 우수하여 PDMS를 이용해 stamp를 제작할 경우 수 개월동안 안정적으로 사용할 수 있다.
또한 산소 조건에서 플라즈마를 이용해 표면을 처리하면 PDMS의 표면은 산화가 되는데, 이러한 성질을 이용하여 PDMS끼리의 접합이나 표면에서의 화학 반응을 이용한 자기박막(self-assembled monolayers)을 만들 수 있다.
상기 제 3단계에서는 도 6에서 도시한 바와 같이 상기 경화된 PDMS(203)를 상기 메탈마스크(201)와 이형시켜 양각틀(204)을 제조한다.
그 후, 도 7에 도시한바와 같이 이형된 양각틀(204) 표면에 C4F8(205)를 코팅하여 플라스틱 마이크로칩용 주형틀을 제조한다. 상기 코팅제인 C4F8(205)는 화학적으로 매우 안정하여 다른 물질과 반응하지 않아서 코팅시 PDMS에 계면을 형성한다.
본 발명은 종래의 반도체 공정 중 사진공정을 이용하지 아니하고, 반도체 공정장비를 요구하지 않아 마이크로칩의 제조에 있어서 연구시간의 절감 및 비용절감을 제공하며, 생산 장소의 제약을 받지 않고 마이크로칩 제작용 주형틀을 제조할 수 있다. 그리고 3차원 채널구조 및 다양한 모양의 채널형태를 구현하기 용이하여 마이크로칩 제작이외에 MEMS(MicroElectroMechanical Syetem)분야의 연구 특히 초소형 소자 및 부품제작에도 응용이 가능하다. 또한 플라스틱 마이크로 칩의 대량생산에있어 제작시간의 절감 및 비용의 절감효과를 가져올 수 있어 연구자들에게 저렴한 플라스틱 마이크로 칩을 제공할 수 있다.
Claims (8)
- 플라스틱 마이크로칩용 주형틀의 제조방법에 있어서,일측면에 음각형상의 채널패턴을 가공한 메탈마스크를 제조하는 제1단계;상기 메탈마스크 상에 주형물질을 주입하고 경화시켜 양각틀을 제조하는 제2단계;상기 양각틀을 상기 메탈마스크와 이형시키고, 이형된 양각틀 표면에 이형제를 코팅하는 제3단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 플라스틱 마이크로칩용 주형틀 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 채널 패턴은 레이저 가공법을 이용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 마이크로칩용 주형틀 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 주형물질은 PDMS(Polydimethylsiloxane)를 주입하고 경화시키는 것을 특징으로 하는 플라스틱 마이크로 칩용 주형틀 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 이형제는 C4F8를 코팅하는 것에 사용하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 마이크로칩용 주형틀 제조방법.
- 플라스틱 마이크로칩용 주형틀에 있어서,일측면에 음각형상의 채널패턴을 형성한 메탈마스크와;상기 메탈마스크 상에 주형물질을 주입하고 경화시켜 형성된 양각틀과;상기 양각틀을 상기 메탈마스크와 이형시키고, 이형된 양각틀 표면에 코팅되는 이형제를 포함하는 플라스틱 마이크로칩용 주형틀.
- 제 5 항에 있어서,상기 채널패턴은 레이저로 형성하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 마이크로칩용 주형틀.
- 제 5 항에 있어서,상기 주형물질은 PDMS(Polydimethylsiloxane)를 주입하고 경화시키는 것을 특징으로 하는 플라스틱 마이크로 칩용 주형틀.
- 제 5 항에 있어서,상기 이형제는 C4F8인것을 특징으로 하는 플라스틱 마이크로칩용 주형틀.
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