KR20140054729A - Sensor and manufacturing method for sensor thereof - Google Patents

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KR20140054729A
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임영진
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국립대학법인 울산과학기술대학교 산학협력단
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Abstract

The present invention relates to a sensor and a manufacturing method thereof. The manufacturing method of the senor includes a step for forming a first photoresist electrode with photoresist being exposed and hardened on the upper side of a first electrode region on a substrate; a step for forming a pair of second photoresist electrodes with photoresist being exposed and hardened on a pair of second electrode regions separated from each other around the first photoresist electrode; a step for locating a third photomask with multiple transmission parts arranged on the photoresist between the second photoresist electrodes and forming a membrane structure connected with the second photoresist electrodes by exposing and hardening the third photomask by the diffraction of ultraviolet rays; a step for developing the photoresist in the remaining part except for the parts exposed in the third step; and a step for pyrolyzing and converting the first and the second photoresist electrodes and the membrane structure into first and second carbon electrodes and a carbon membrane structure, thereby reducing process costs, improving sensitivity by improving the efficiency of repetitive oxidation and reduction, and manufacturing a nanostructure with low costs without high cost nanoprocess devices.

Description

센서 및 그 제조방법{SENSOR AND　MANUFACTURING METHOD FOR SENSOR THEREOF}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a sensor and a manufacturing method thereof,

본 발명은 센서 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 검출하려는 인자들이 산화/환원 반응에 의해 센싱되는 센싱부에서 이탈되는 것을 방지하고, 반응의 면적이 증가되도록 탄소멤브레인구조물을 구비해 센싱 감도를 높인 센서 및 그 제조방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a sensor and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a sensor and a method of manufacturing the same. More particularly, the present invention relates to a sensor and a method of manufacturing the sensor, And to a method of manufacturing the same.

최근 환경문제에 대한 관심 증가와 정보통신 기기의 발전과 더불어 다양한 물질, 특히 바이오 물질에 대한 센서가 개발되고 있는 가운데 반도체 기술을 접목함으로써 제조가 간편해지고 그 성능이 향상되고 있다. 모든 센서는 성능 향상을 위하여 감지도를 높이는 것이 최대 목표이며, 이러한 목표를 달성하기 위한 노력도 증가되고 있다. Recently, with increasing interest in environmental problems and development of information and communication devices, sensors for various materials, especially bio-materials, have been developed, and manufacturing has been simplified and performance is improved by incorporating semiconductor technology. For all sensors, the goal is to increase the sensitivity to improve performance, and efforts are being made to achieve these goals.

한편 바이오 센싱에는 전기화학적 센서 또는 광센서가 주로 사용되고 있다. 상기 광센서는 여타의 센서에 비하여 반응 속도가 빠르고, 그 감지도도 높은 편이나 크기가 큰 편이어서 공간 활용성이 떨어지고 사용에 불편함에 있다는 단점이 있다. On the other hand, electrochemical sensors or optical sensors are mainly used for biosensing. The optical sensor has a faster reaction speed than the other sensors, has a higher sensitivity and a larger size, and is disadvantageous in that it is inferior in space usability and inconvenient to use.

상기 광센서의 단점은 전기화학적 센서를 사용하여 극복할 수 있는데, 상기 전기화학적 센서는 대상 물질을 전기화학적으로 산화 또는 환원하여 외부 회로에 흐를 전류를 측정하거나 전해질 용액이나 고체에 용해 또는 이온화한 가스 상의 이온이 이온 전극에 작용하여 생기는 기전력을 이용하는 것으로 이는 그 크기는 작으나, 매우 느린 반응속도를 나타냄과 더불어 감도가 낮다는 단점이 있다. The disadvantage of the optical sensor is that it can be overcome by using an electrochemical sensor. The electrochemical sensor electrochemically oxidizes or reduces a target substance to measure a current flowing to an external circuit, dissolves or ionizes the electrolyte solution or solid Which is generated by the action of ions on the ion electrode, is used, which is small in size, but exhibits a very slow reaction rate and low sensitivity.

즉 한국등록특허 제0741187호에 따르면, 분석물의 농도를 측정하는 전기화학 센서는 전류 측정을 적절하도록 하는 임피던스를 가진 두 개의 전극을 포함하는 전기화학 셀에서 반응영역에 샘플을 놓음으로써 수성 액체 샘플 중 분석하고자 하는 성분의 농도를 측정한다. 상기 분석하고자 하는 성분은 산화환원제와 직접 또는 간접적으로 반응하여 분석할 성분의 농도에 상응하는 양으로 산화 또는 환원 가능한 물질을 형성한다. 이어서, 존재하는 산화 또는 환원 가능한 물질의 양은 전기화학적으로 측정된다. 일반적으로 상기 방법은 전기분해 생성물이 다른 전극에 닿지 못하고 측정 가능한 동안에는 다음 전극에서 반응을 간섭하지 못하도록 전극간의 충분한 격리를 요구하고, 그 제조 원가가 고가인데다 제조 공정이 복잡하다는 문제점이 있다.
That is, according to Korean Patent No. 0741187, an electrochemical sensor for measuring the concentration of an analyte is provided in an electrochemical cell including two electrodes having an impedance which makes a current measurement suitable, The concentration of the component to be analyzed is measured. The component to be analyzed reacts directly or indirectly with the redox agent to form an oxidizable or reducible substance in an amount corresponding to the concentration of the component to be analyzed. The amount of oxidizable or reducible material present is then measured electrochemically. Generally, this method requires a sufficient isolation between the electrodes so that the electrolysis product does not interfere with the reaction at the next electrode while the electrolysis product can not reach the other electrode, and the manufacturing cost is high and the manufacturing process is complicated.

본 발명은 센서의 구조를 개선하여 크기를 감소시킴과 동시에 센서의 센싱 감도를 향상시킨 센서 및 그 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다. An object of the present invention is to provide a sensor that improves the structure of a sensor and reduces the size thereof and improves the sensing sensitivity of the sensor, and a manufacturing method thereof.

그리고 본 발명은 검출하려는 인자를 센싱하는 센싱부에 검출하려는 인자의 이탈을 방지하고, 산화/환원 반응의 면적을 증가시켜 고감도의 센서 및 그 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.It is another object of the present invention to provide a sensor having a high sensitivity and a method of manufacturing the sensor by preventing the departure of a factor to be detected in a sensing unit for sensing a factor to be detected and increasing the area of the oxidation / reduction reaction.

또한 본 발명은 탄소전극 및 탄소멤브레인구조물의 두께, 위치, 구조 등의 형태를 자유롭게 제어할 수 있으며, 탄소전극 및 탄소멤브레인구조물을 기반으로 하는 센서의 생산성을 획기적으로 높여 대량생산이 가능한 센서 제조방법 및 이를 이용한 센서를 제공하는데 그 목적이 있다.
The present invention also provides a sensor manufacturing method capable of freely controlling the shapes of the carbon electrode and the carbon membrane structure, such as the thickness, the position, and the structure, and greatly increasing the productivity of the sensor based on the carbon electrode and the carbon membrane structure And a sensor using the same.

본 발명에 따른 센서 제조방법은 (a)기판의 제1전극영역 상면에 노광, 경화되는 포토레지스트로 제1포토레지스트전극을 형성하는 단계와, (b)상기 제1포토레지스트전극을 중심에 두고, 서로 이격되는 한쌍의 제2전극영역에 노광, 경화되는 포토레지스트로 한쌍의 제2포토레지스트전극을 형성하는 단계와, (c) 상기 제2포토레지스트전극이 형성된 포토레지스트 상부에 복수개의 투과부가 배열된 제3포토마스크를 위치한 후, 노광, 경화시켜 한쌍의 상기 제2포토레지스트전극을 연결하는 멤브레인구조물을 형성하는 단계와, (d)상기 (c)단계에 의해 노광된 부분을 제외한 나머지 부분의 포토레지스트를 현상하여 제거하는 단계 및 (e)상기 제1, 제2포토레지스트전극 및 상기 멤브레인구조물을 열분해하여 제1,제2탄소전극과 탄소멤브레인구조물로 변환하여 완성하는 단계가 포함된다.A method of manufacturing a sensor according to the present invention includes the steps of: (a) forming a first photoresist electrode with a photoresist to be exposed and cured on a top surface of a first electrode region of a substrate; (b) Forming a pair of second photoresist electrodes with a photoresist to be exposed and cured on a pair of second electrode regions spaced apart from each other; and (c) forming a plurality of transparent portions on the photoresist having the second photoresist electrode formed thereon Forming a membrane structure for connecting a pair of the second photoresist electrodes by exposing and curing the arrayed third photomask, and (d) forming a remaining portion excluding the exposed portion by the step (c) (E) pyrolyzing the first and second photoresist electrodes and the membrane structure to convert the first and second carbon electrodes into a carbon membrane structure, The step of includes.

이때 본 발명에 따른 상기 (a)단계는 (a-1)기판 상면에 절연층을 형성하는 단계와, (a-2)상기 (a-1)단계에 의해 상기 절연층 상에 포토레지스트를 1차 도포하는 단계와, (a-3)상기 (a-2)단계에 의해 상기 포토레지스트가 도포된 상기 절연층의 상부에 해당 제1전극영역이 타공된 제1포토마스크를 위치한 후, 자외선으로 1차 노광하는 단계와, (a-4)상기 (a-3)단계에 의해 노광된 부분을 제외한 나머지 부분을 현상하여 상기 포토레지스트를 제거함으로써, 상기 기판의 상부에 제1포토레지스트전극 형성을 완료하는 단계가 포함될 수 있다.(A-1) forming an insulating layer on the upper surface of the substrate; and (a-2) forming a photoresist on the insulating layer by the step (a-1) (A-3) a first photomask in which the first electrode region is formed on the insulating layer coated with the photoresist by the step (a-2) is placed, (A-4) a step of developing the remaining portion except for the portion exposed by the step (a-3) to remove the photoresist, thereby forming a first photoresist electrode on the substrate May be included.

그리고 본 발명에 따른 상기 (b)단계는 (b-1)상기 (a)단계에 의해 제1포토레지스트전극이 형성된 상기 기판의 상부에 포토레지스트를 2차 도포하는 단계와, (b-2)상기 (b-1)단계에 의해 포토레지스트가 2차 도포된 기판의 상부에 해당 제2전극영역이 타공된 제2포토마스크를 위치한 후 자외선으로 2차 노광하여, 상기 제1포토레지스트전극을 중심에 두고 서로 이격되는 한쌍의 제2포토레지스트전극 형성을 완료하는 단계가 포함될 수 있다.The step (b) of the present invention may further comprise the steps of: (b-1) applying a photoresist to the upper portion of the substrate on which the first photoresist electrode is formed by the step (a) A second photomask having the second electrode region formed thereon is placed on the substrate to which the photoresist is applied second by the step (b-1), and then the second photoresist electrode is exposed to the center And forming a pair of second photoresist electrodes spaced apart from each other.

이때 본 발명에 따른 상기 포토레지스트는 SU-8이다.At this time, the photoresist according to the present invention is SU-8.

그리고 본 발명에 따른 상기 제3포토마스크의 투과부는 미세타공으로 형성될 수 있고, 또한 본 발명에 따른 상기 제3포토마스크의 투과부는 반투명한 스크린으로 형성될 수도 있다.In addition, the transmissive portion of the third photomask according to the present invention may be formed as a micro pore, and the transmissive portion of the third photomask according to the present invention may be formed as a semitransparent screen.

더불어 본 발명에 따른 센서는 절연층을 포함하는 기판의 상측에 형성되는 제1탄소전극과, 상기 제1탄소전극을 중심에 두고 서로 이격 형성되는 한쌍의 제2탄소전극과, 한쌍의 상기 제2탄소전극 상부를 서로 연결하고, 상기 제1탄소전극 상부에 배치되는 탄소멤브레인구조물이 포함된다.In addition, the sensor according to the present invention includes a first carbon electrode formed on a substrate including an insulating layer, a pair of second carbon electrodes spaced apart from each other with the first carbon electrode as a center, And a carbon membrane structure that connects the tops of the carbon electrodes to each other and is disposed on the first carbon electrodes.

이때 본 발명에 따른 상기 탄소멤브레인구조물은, 박막으로 형성된 탄소멤브레인과 상기 탄소멤브레인 주변을 따라 형성되며 상기 탄소멤브레인의 두께보다 더 두껍게 형성되어 상기 탄소멤브레인을 지지하는 백본(back bone)으로 이루어질 수 있다.
At this time, the carbon membrane structure according to the present invention may be composed of a carbon membrane formed as a thin film and a back bone formed around the carbon membrane and formed to be thicker than the carbon membrane to support the carbon membrane .

본 발명에 따른 센서 및 그 제조방법은 다음과 같은 효과를 가진다.The sensor and the manufacturing method thereof according to the present invention have the following effects.

첫째, 탄소멤브레인구조물 및 탄소전극들을 1차 및 2차 내지 3차 노광 공정과 현상 제거 과정 및 열분해 공정을 통해 간단하게 저 비용의 일괄 공정으로 생산할 수 있다. First, the carbon membrane structure and the carbon electrodes can be produced in a simple and low-cost batch process through the primary, secondary, and tertiary exposure processes, the development removal process, and the pyrolysis process.

둘째, 검출하려는 인자를 센싱하는 센싱부에 검출하려는 인자의 이탈을 방지하고, 산화/환원 반응의 면적이 증가하도록, 탄소멤브레인구조물이 형성되기 때문에 검출하려는 인자의 산화 및 환원 반응의 반복 반응의 효율이 증가하여 센서의 감도가 향상된다. Second, since the carbon membrane structure is formed so as to prevent the deviation of the factor to be detected in the sensing part for sensing the factor to be detected and to increase the area of the oxidation / reduction reaction, the efficiency The sensitivity of the sensor is improved.

셋째, 탄소멤브레인 및 백본의 형태는 포토마스크에 형성된 복수개의 무수한 타공의 배열과 노광 에너지의 양, 그리고 열분해 공정에 의하여 결정되며, 상기 탄소멤브레인과 기판 사이의 간격은 포토레지스트의 높이와 열분해 공정에 의해 결정되므로 다양한 형태의 탄소멤브레인 및 백본을 자유롭게 형성할 수 있다.Third, the shape of the carbon membrane and the backbone is determined by the arrangement of a plurality of pores formed in the photomask, the amount of exposure energy, and the pyrolysis process, and the gap between the carbon membrane and the substrate is determined by the height of the photoresist and the pyrolysis process So that various types of carbon membranes and backbones can be freely formed.

넷째, 탄소멤브레인구조물은 마이크로 단위의 포토레지스트의 열분해를 통한 부피 감소로 인하여 형성되므로 고가의 나노공정 장비 없이 저비용으로 나노 구조체를 생산할 수 있다.
Fourth, since the carbon membrane structure is formed due to the volume reduction through pyrolysis of the micro-unit photoresist, the nanostructure can be produced at low cost without expensive nano processing equipment.

도 1은 본 발명에 따른 센서 제조방법의 실시 예를 보인 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 (a)단계를 보다 상세하게 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 (b)단계를 보다 상세하게 나타낸 블록도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 센서 제조방법의 과정을 간략하게 보인 예시도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따라 완성된 센서의 단면을 나타낸 단면도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따라 탄소멤브레인구조물의 구성을 보인 예시도이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 제3포토마스크와 그로 인해 생성된 탄소멤브레인 패턴을 보인 예시도이다.1 is a block diagram showing an embodiment of a sensor manufacturing method according to the present invention.
2 is a block diagram illustrating in more detail step (a) according to an embodiment of the present invention.
3 is a block diagram illustrating step (b) in more detail according to an embodiment of the present invention.
4 is a schematic view illustrating a process of a sensor manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
5 is a cross-sectional view of a sensor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is an exemplary view showing a configuration of a carbon membrane structure according to an embodiment of the present invention. FIG.
FIG. 7 is a view showing a third photomask according to an embodiment of the present invention and a carbon film pattern generated thereby.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary terms, and the inventor should appropriately interpret the concepts of the terms appropriately The present invention should be construed in accordance with the meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.

따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들은 대체할 수 있는 균등한 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Therefore, the embodiments described in the present specification and the configurations shown in the drawings are merely the most preferred embodiments of the present invention, and not all of the technical ideas of the present invention are described. Therefore, at the time of the present application, It should be understood that variations can be made.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 따른 센서 제조방법의 실시 예를 보인 블록도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 (a)단계를 보다 상세하게 나타낸 블록도이며, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 (b)단계를 보다 상세하게 나타낸 블록도이고, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 센서 제조방법의 과정을 간략하게 보인 예시도이며, 도 5는 본 발명의 실시 예에 따라 완성된 센서의 단면을 나타낸 단면도이고, 도 6은 본 발명의 실시 예에 따라 탄소멤브레인구조물의 구성을 보인 예시도이며, 도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 제3포토마스크와 그로 인해 생성된 탄소멤브레인 패턴을 보인 예시도이다.FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a sensor manufacturing method according to the present invention. FIG. 2 is a block diagram showing in more detail the step (a) according to the embodiment of the present invention, FIG. 4 is a schematic view illustrating a process of a sensor manufacturing method according to an embodiment of the present invention. FIG. 5 is a schematic view illustrating a process of manufacturing a sensor according to an embodiment of the present invention. 6 is a view illustrating a structure of a carbon membrane structure according to an embodiment of the present invention. FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating a structure of a carbon membrane structure according to an embodiment of the present invention. Fig.

본 발명은 검출하려는 인자들이 산화/환원 반응에 의해 센싱되는 센싱부에서 이탈되는 것을 방지하고, 산화/환원 반응의 면적이 증가되도록 탄소멤브레인구조물을 구비해 센싱 감도를 높인 센서 및 그 제조방법에 관한 것으로, 도 1 및 도 4를 참조하여 실시 예를 살펴보면 다음과 같다.The present invention relates to a sensor which prevents detachment of factors to be detected from a sensing part sensed by an oxidation / reduction reaction and has a carbon membrane structure so as to increase the area of oxidation / reduction reaction, Hereinafter, an embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 4. FIG.

(a)단계(S100)는,(a) step (SlOO)

기판(10)의 제1전극영역 상면에 노광, 경화되는 포토레지스트(P)로 제1포토레지스트전극(20)을 형성하는 단계로,Forming a first photoresist electrode 20 with a photoresist P which is exposed and cured on the top surface of the first electrode region of the substrate 10,

이때 상기 기판(10)의 상면에 제1포토레지스트전극(20)을 형성하는 상기 (a)단계(S100)를 세분화한 실시 예를 도 2 및 도 4를 참조하여 보다 상세하게 살펴보면 다음과 같다.Hereinafter, the step (a) of forming the first photoresist electrode 20 on the upper surface of the substrate 10 will be described in detail with reference to FIGS. 2 and 4. FIG.

먼저 (a-1)단계(S110)로,First, in step (a-1) (S110)

실리콘웨이퍼 등으로 된 기판(10)의 상면에 절연층(11)을 형성한다.An insulating layer 11 is formed on the upper surface of a substrate 10 made of a silicon wafer or the like.

이때 상기 절연층(11)은 이산화규소, 또는 실리콘 나이트라이드 (silicon nitride) 등의 절연 물질로 이루어진다.At this time, the insulating layer 11 is made of silicon dioxide, or an insulating material such as silicon nitride.

본 실시 예에서는 기판(10)의 상면에 절연층(11)을 형성하였으나, 상기 절연층(11)을 형성하는 단계를 생략하고, 상기 기판(10) 재질을 절연 재질로 형성하는 것도 가능하다. Although the insulating layer 11 is formed on the top surface of the substrate 10 in this embodiment, the step of forming the insulating layer 11 may be omitted and the substrate 10 may be formed of an insulating material.

그리고 (a-2)단계(S120)로,Then, in step (a-2), in step S120,

상기 (a-1)단계(S110)에 의해 상면에 절연층(11)이 형성된 기판(10)의 상면에 포토레지스트(P)를 1차 도포한다. 즉 다시 말해 상기 기판(10)의 상면에 형성된 절연층(11)의 상면에 상기 포토레지스트(P)가 도포된다.The photoresist P is first coated on the upper surface of the substrate 10 on which the insulating layer 11 is formed by the above step (a-1) (S110). In other words, the photoresist P is applied to the upper surface of the insulating layer 11 formed on the upper surface of the substrate 10.

이때 상기 포토레지스트(P)는 고른 도포를 위해 스핀 코팅방식으로 도포되는 바람직하고, 상기 포토레지스트(P)로 SU-8을 사용한다. At this time, the photoresist (P) is preferably applied by a spin coating method for uniform application, and SU-8 is used as the photoresist (P).

본 발명의 실시 예에서는 상기 포토레지스트(P)를 SU-8로 한정하여 기술하나, 이에 한정하지 않고 네가티브(negative)형의 포토레지스트 중 어느 하나를 사용하여도 무방하다. In the embodiment of the present invention, the photoresist (P) is limited to SU-8. However, the present invention is not limited to this and any one of a negative type photoresist may be used.

그리고 (a-3)단계(S130)로,Then, in step (a-3), in step S130,

상기 (a-2)단계(S120)에 의해 상기 포토레지스트(P)가 도포된 상기 절연층(11)의 상부에 해당 제1전극영역이 타공된 제1포토마스크(M1)를 위치한 후 자외선을 조사하여 1차 노광한다.The first photomask M1 in which the first electrode region is formed is placed on the insulating layer 11 coated with the photoresist P by the step (a-2) And then subjected to primary exposure.

이때 노광된 자외선 광에너지는 상기 포토레지스트(P)가 포토레지스트 최상부부터 절연층(11) 바로 위까지 경화될 수 있도록 충분한 자외선을 조사해 주어야 한다.At this time, the exposed ultraviolet light energy should be irradiated with sufficient ultraviolet light so that the photoresist P can be cured from the top of the photoresist to just above the insulating layer 11.

상기 1차 노광이 완료되면, post exposure bake를 실시하여 상기 절연층(11)의 상부에는 제1포토마스크(M1)의 타공 모양에 따른 해당 제1전극영역 모양으로 포토레지스트(P)가 경화된다.After the first exposure is completed, a post exposure bake is performed to cure the photoresist P in the form of the first electrode region corresponding to the punch shape of the first photomask M1 on the insulating layer 11 .

그리고 (a-4)단계(S140)로,Then, in step (a-4), in step S140,

상기 (a-3)단계(S130)에 의해 노광되어 경화된 부분을 제외한 나머지 부분의 포토레지스트(P)를 현상 제거함으로써, 상기 기판(10)의 상부에 제1포토레지스트전극(20)이 형성된다.The first photoresist electrode 20 is formed on the substrate 10 by developing and removing the remaining part of the photoresist P except for the part exposed and cured by the step (a-3) do.

상기한 포토레지스트(P) 현상 과정은 포토레지스트(P)를 제거하기 위해 통상으로 널리 사용되는 것으로 상세한 설명은 생략한다.The above-described photoresist (P) developing process is widely used for removing the photoresist (P), and a detailed description thereof will be omitted.

상기한 (a)단계(S100)에 의해 기판(10)의 상면에 제1포토레지스트전극(20)이 형성되면, 다음 단계로 (b)단계(S200)를 실시한다.When the first photoresist electrode 20 is formed on the upper surface of the substrate 10 by the above-described step (a), step (b) and step (S200) are performed as the next step.

상기 (b)단계는,The step (b)

상기 (a)단계(S100)에 의해 형성된 상기 제1포토레지스트전극(20)을 중심에 두고, 서로 이격되는 한쌍의 제2전극영역에 노광, 경화되는 포토레지스트(P)로 한쌍의 제2포토레지스트전극(30)을 형성하는 단계로, The photoresist P, which is exposed and cured to a pair of second electrode regions spaced from each other with the first photoresist electrode 20 formed in step (a) (100) as a center, As a step of forming the resist electrode 30,

이때 상기 기판(10)의 상면에 형성된 상기 제1포토레지스트전극(20)을 중심에 두고, 서로 이격되는 한쌍의 제2포토레지스트전극(30)을 형성하는 상기 (b)단계(S200)를 세분화한 실시 예를 도 3 및 도 4를 참조하여 보다 상세하게 살펴보면 다음과 같다.The step (b) (S200) of forming a pair of second photoresist electrodes 30 spaced apart from each other with the first photoresist electrode 20 formed on the upper surface of the substrate 10 as a center is subdivided An embodiment will be described in more detail with reference to FIGS. 3 and 4. FIG.

먼저 (b-1)단계(S210)로,First, in step (b-1) (S210)

상기 (a)단계(S100)에 의해 제1포토레지스트전극(20)이 형성된 상기 기판(10)의 상부에 포토레지스트(P)를 2차 도포한다.The photoresist P is secondarily applied to the upper portion of the substrate 10 on which the first photoresist electrode 20 is formed by the step (a) (S100).

이때 상기 포토레지스트(P)는 고른 도포를 위해 이때에도 역시 스핀 코팅방식으로 도포되는 바람직하고, 상기 포토레지스트(P)로 SU-8을 사용한다.At this time, the photoresist (P) is preferably applied by spin coating at this time for uniform application, and SU-8 is used as the photoresist (P).

그리고 (b-2)단계(S220)로, Then, in step (b-2), in step S220,

상기 (b-1)(S210)단계에 의해 포토레지스트(P)가 도포된 기판(10)의 상부에 해당 제2전극영역이 타공된 제2포토마스크(M2)를 위치한 후 자외선으로 2차 노광하는데, 이때 노광된 자외선 광에너지는 상기 포토레지스트(P)가 포토레지스트 최상부부터 절연층(11) 바로 위까지 경화될 수 있도록 충분한 자외선을 조사해 주어야 한다.The second photomask M2 having the second electrode region formed thereon is placed on the substrate 10 coated with the photoresist P by the step (b-1) (S210) At this time, the exposed ultraviolet light energy should be irradiated with sufficient ultraviolet light so that the photoresist P can be cured from the top of the photoresist to just above the insulating layer 11.

상기 2차 노광이 완료되면, 상기 절연층(11)의 상부에는 제2포토마스크(M2)의 타공에 의해 해당 제2전극영역 형태로 포토레지스트(P)가 경화되어, 상기 제1포토레지스트전극(20)을 중심에 두고, 서로 이격되는 한쌍의 제2포토레지스트전극(30)이 형성된다.When the second exposure is completed, the photoresist P is cured in the form of the second electrode region by punching the second photomask M2 on the insulating layer 11, A pair of second photoresist electrodes 30 spaced apart from each other are formed with the center electrode 20 as a center.

상기한 (b)단계(S200)에 의해 기판(10)의 상면에 상기 제1포토레지스트전극(20)을 중심에 두고, 서로 이격되는 한쌍의 제2포토레지스트전극(30)이 형성되면, 다음 단계로 (c)단계(S300)를 실시한다.When a pair of second photoresist electrodes 30 spaced apart from each other with the first photoresist electrode 20 as the center is formed on the top surface of the substrate 10 by the above step (b) (S200) (C) step S300 is performed.

상기 (c)단계(S300)는,The step (c) (S300)

상기 (b)단계(S200)에 의해 형성된 한쌍의 상기 제2포토레지스트전극(30) 사이의 포토레지스트(P) 상부에 복수개의 투과부가 배열된 제3포토마스크(M3)를 위치한 후, 노광, 경화시켜 자외선 회절에 따른 한쌍의 상기 제2포토레지스트전극(30)을 연결한 멤브레인구조물(40)을 형성하는 단계로,A third photomask M3 having a plurality of transmissive parts arranged on the photoresist P between a pair of the second photoresist electrodes 30 formed in step (b) (S200) Forming a membrane structure (40) by curing and connecting a pair of the second photoresist electrodes (30) according to ultraviolet diffraction,

이때 상기 투과부는 미세타공으로 형성되어, 포토레지스트(P)에 노광되는 자외선 광에너지는 오직 포토레지스트(P) 상부만 경화될 수 있도록 조정한다. At this time, the transmissive portion is formed in a fine pore so that ultraviolet light energy exposed to the photoresist P is adjusted so that only the upper portion of the photoresist P can be cured.

즉 제3포토마스크(M3)에 형성된 복수의 투과부들인 미세타공의 크기를 제한하고, 배열 간격을 조밀하게 배열해 회절한계에 의한 광에너지의 투과부를 통한 자외선의 통과량이 제한되며 미세타공 사이에 회절에 의한 멤브레인이 형성된다. 본 실시예에서는 회절한계에 의하여 광에너지의 통과량을 제한하였으나, 자외선 광에너지원 자체를 제한하여 멤브레인을 형성하는 것도 물론 가능하다. That is, the size of the micropores, which are the plurality of transmissive portions formed in the third photomask M3, is limited and the arrangement intervals are densely arranged to restrict the amount of ultraviolet light passing through the transmissive portion of the light energy due to the diffraction limit, The membrane is formed. In the present embodiment, the amount of light energy passed through is limited by the diffraction limit, but it is of course possible to form the membrane by limiting the ultraviolet light energy source itself.

그러면 도 6에 도시된 바와 같이 상기 투과부인 미세타공의 형상과 같은 형태의 그물 모양의 백본(back bone) 구조(차후 기술할 열분해 공정에 의해 탄소 백본(back bone)(41b)으로 변환됨)가 형성되고, 투과부인 미세타공과 투과부인 미세타공 사이의 간격이 매우 가까워 자외선의 회절 특성에 의해 투과부인 미세타공과 투과부인 미세타공 사이 영역에도 광에너지가 퍼져 얇은 박막의 멤브레인영역(차후 기술할 열분해 공정에 의해 탄소멤브레인(41a)으로 변환됨.)이 형성될 수 있다. Then, as shown in FIG. 6, a net back bone structure (which is converted into a carbon back bone 41b by a thermal decomposition process to be described later) in the form of a micro pore shape, which is the permeation part, Since the distance between the micropores, which are the penetration parts, and the micropores, which are the penetration parts, are very close to each other, due to the diffraction characteristics of ultraviolet rays, light energy spreads in the region between the micropores, (Which is converted into a carbon membrane 41a by a process).

도 7에 도시한 바와 같이 상기 제3포토마스크(M3)는 제조자 및 사용자의 요구에 따라 다양한 패턴으로 형성할 수 있다.As shown in FIG. 7, the third photomask M3 may be formed in various patterns according to requirements of the manufacturer and the user.

따라서 상기 3차 노광이 완료되면, 상기 한쌍의 제2전극영역들 사이에는 제3포토마스크(M3)의 무수한(복수개) 투과부에 따른 회절한계에 의해 얇은 박막 형태로 포토레지스트(P)가 경화되어, 상기 제1포토레지스트전극(20)의 상부에 위치되고, 한쌍의 상기 제2포토레지스트전극(30)들을 연결한 멤브레인구조물(40)이 형성된다.Therefore, when the third exposure is completed, the photoresist P is cured in a thin film form between the pair of second electrode regions due to the diffraction limit due to innumerable (plural) transmissive portions of the third photomask M3 , A membrane structure 40 is formed on the first photoresist electrode 20 and connected to a pair of the second photoresist electrodes 30.

또한 상기 제3포토마스크(M3)는 박막의 멤브레인구조물(40)이 형성될 수 있도록 복수개의 반투명한 스크린이나 자외선의 통과를 제한할 수 있는 물질로 이루어진 스크린의 형태로 형성될 수 있다.The third photomask M3 may be formed as a plurality of semitransparent screens or a screen made of a material capable of restricting the passage of ultraviolet rays so that the thin film membrane structure 40 may be formed.

상기한 (c)단계(S300)에 의해 상기 제1포토레지스트전극(20)의 상부에 위치되고, 한쌍의 상기 제2포토레지스트전극(30)들을 연결한 멤브레인구조물(40)이 형성되면, 다음 단계로 (d)단계(S400)을 실시한다.When the membrane structure 40 is formed by connecting the pair of the second photoresist electrodes 30 to the first photoresist electrode 20 by the step (c) (S300) (D) step (S400) is performed.

상기 (d)단계(S400)는, The step (d) (S400)

상기 (c)단계(S300)에 의해 노광된 부분을 제외한 나머지 부분의 포토레지스트(P)를 현상하여 제거하는 단계로,The step of developing and removing the remaining portion of the photoresist P except for the exposed portion by the step (c) (S300)

이때 상기 (b)단계(S200)와 (c)단계(S300)에 의해 노광되지 않은 상기 제2전극영역들의 사이에 존재하는 포토레지스트(P)를 현상 제거한다.At this time, the photoresist P existing between the unexposed second electrode regions is developed and removed by the step (b) (S200) and the step (c) (S300).

상기 포토레지스트(P)를 이용하여 제1포토레지스트전극(20)을 형성할 시 (a-4)단계(S140)을 생략하고, (b)단계(S200)와 단계(S300)을 실시할 수 있다. The step (a-4) and the step (S140) of forming the first photoresist electrode 20 using the photoresist P may be omitted, and the step (S200) and the step (S300) have.

그리고 마지막으로 노광되지 않은 포토레지스트(P)를 현상 제거함으로써, 공정을 간단하게 할 수 있으며, 상기 제1포토레지스트전극(20) 위에 형성되는 멤브레인구조물(40)과 제2포토레지스트전극(30)이 수평되게 형성될 수 있다.The membrane structure 40 formed on the first photoresist electrode 20 and the second photoresist electrode 30 formed on the first photoresist electrode 20 can be formed by removing the exposed photoresist P, Can be formed horizontally.

상기한 (d)단계(S400)에 의해 노광되지 않은 상기 제2전극영역(30)들의 사이에 존재하는 포토레지스트(P)를 제거되면, 다음 단계로 (e)단계(S500)를 실시한다.When the photoresist P existing between the unexposed second electrode regions 30 is removed in step (d) (S400), step (e) is performed (S500) to the next step.

상기 (e)단계(S500)는,The step (e) (S500)

상기 제1, 제2포토레지스트전극(20,30) 및 상기 멤브레인구조물(40)을 열분해하여 제1,제2탄소전극(21,31)과 탄소멤브레인구조물(41)로 변환하는 단계로,Decomposing the first and second photoresist electrodes 20 and 30 and the membrane structure 40 into first and second carbon electrodes 21 and 31 and a carbon membrane structure 41,

이때 상기 제1, 제2포토레지스트전극(20,30) 및 상기 멤브레인구조물(40)은 열분해를 통해 탄소화가 될 뿐만 아니라, 구조의 크기에 따라 높이는 10~90%, 너비는 10~90%로 축소된다. At this time, the first and second photoresist electrodes 20 and 30 and the membrane structure 40 are carbonized through pyrolysis, and they are 10 to 90% in height and 10 to 90% in width depending on the size of the structure .

일반적인 탄소 전극 구조는 너비가 100㎚ ~ 수 ㎝이고, 높이는 100㎚ ~ 수십 ㎛이며, 길이는 수 ㎛ ~ 수 ㎝가 될 수 있는데, 이때 본 발명에 따른 백본과 탄소멤브레인의 면적비율은 백본 1 : 탄소멤브레인 10 ~ 백본 10: 탄소멤브레인 1이고, 두께비율은 백본 1 : 탄소멤브레인 1 ~ 백본 50 : 탄소멤브레인 1로 형성되도록 하는 것이 바람직하다.In general, the carbon electrode structure may have a width of 100 nm to several centimeters, a height of 100 nm to several tens of micrometers, and a length of several micrometers to several centimeters, wherein the ratio of the area of the backbone to the carbon membrane according to the present invention is 1: The carbon membrane 10 to the backbone 10: the carbon membrane 1, and the thickness ratio is formed as the backbone 1: the carbon membrane 1 to the backbone 50: the carbon membrane 1.

상기 열분해의 환경 조건은 진공 상태나 불활성 가스 환경에서 800°C 이상의 고열에서 열분해되는 것이 바람직하나, 열분해 온도를 300℃ 이상의 온도에서 온도를 조절하면 최종 탄소전극의 전도도, 탄성계수, 형상 등을 조절할 수 있으므로 열분해 온도를 800℃로 한정하지 않는다.The environmental conditions of the pyrolysis are preferably pyrolyzed at a high temperature of 800 ° C or higher in a vacuum or an inert gas environment. However, when the pyrolysis temperature is controlled at a temperature of 300 ° C or higher, the conductivity, elastic modulus, The pyrolysis temperature is not limited to 800 ° C.

상기한 실시 예에 따른 센서를 도면을 참조하여 살펴보면 다음과 같다.Hereinafter, the sensor according to the embodiment will be described with reference to the drawings.

도 5 및 도 6을 참조하면, 절연층(11)을 포함하는 기판(10)의 상측에 제1탄소전극(21)이 형성되고, 상기 제1탄소전극(21)을 중심에 두고 한쌍의 제2탄소전극(31)들이 서로 이격 형성된다.5 and 6, a first carbon electrode 21 is formed on a substrate 10 including an insulating layer 11, and a pair of electrodes 2 carbon electrodes 31 are formed apart from each other.

그리고 한쌍의 상기 제2탄소전극(31) 상부를 서로 연결하고, 상기 제1탄소전극(21) 상부에는 탄소멤브레인구조물(41)이 배치된다.A pair of the second carbon electrodes 31 are connected to each other, and a carbon membrane structure 41 is disposed on the first carbon electrode 21.

이때 상기 탄소멤브레인구조물(41)은 얇은 탄소멤브레인(41a)과 두꺼운 백본(41b)과 같이 그물망과 같은 두꺼운 탄소 영역과 그물망 사이를 막는 형태의 얇은 탄소 박막으로 형성될 수 있다.At this time, the carbon membrane structure 41 may be formed of a thin carbon film, such as a thin carbon membrane 41a and a thick backbone 41b, which forms a gap between a thick carbon region such as a mesh and a network.

여기서 상기 탄소멤브레인구조물(41)과 제2탄소전극(31)은 검출하려는 인자를 산화시키는 산화전극으로 작용하고, 상기 제1탄소전극(21)은 상기 검출하려는 인자를 환원시키는 환원전극으로 작용할 수 있다. Here, the carbon membrane structure 41 and the second carbon electrode 31 function as an oxidation electrode for oxidizing a factor to be detected, and the first carbon electrode 21 can serve as a reduction electrode for reducing the factor to be detected. have.

또는 역으로 상기 탄소멤브레인구조물(41)과 제2탄소전극(31)은 검출하려는 인자를 환원시키는 환원전극으로 작용하고, 상기 제1탄소전극(21)은 상기 검출하려는 인자를 산화시키는 산화전극으로 작용할 수도 있다. Alternatively, the carbon membrane structure 41 and the second carbon electrode 31 function as a reducing electrode for reducing a factor to be detected, and the first carbon electrode 21 serves as an oxidizing electrode for oxidizing the factor to be detected It may also work.

본 제조방법으로 제조되는 탄소전극 및 탄소멤브레인구조물을 기반으로 하는 센서는 산화 및 환원이 가능한 물질에 대한 센싱에 광범위하게 사용될 수 있다.The carbon electrode and the carbon membrane structure-based sensor manufactured by the present manufacturing method can be widely used for sensing the oxidation and reduction possible materials.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
While the present invention has been described with reference to exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the appended claims. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.

M1: 제1포토마스크 M2: 제2포토마스크
M3: 제3포토마스크 P: 포토레지스트
10: 기판 11: 절연층
20: 제1포토레지스트전극 21: 제1탄소전극
30: 제2포토레지스트전극 31: 제2탄소전극
40: 멤브레인구조물 41: 탄소멤브레인구조물M1: first photomask M2: second photomask
M3: Third photomask P: Photoresist
10: substrate 11: insulating layer
20: first photoresist electrode 21: first carbon electrode
30: second photoresist electrode 31: second carbon electrode
40: Membrane structure 41: Carbon membrane structure

Claims (8)

(a)기판의 제1전극영역 상면에 노광, 경화되는 포토레지스트로 제1포토레지스트전극을 형성하는 단계;
(b)상기 제1포토레지스트전극을 중심에 두고, 서로 이격되는 한쌍의 제2전극영역에 노광, 경화되는 포토레지스트로 한쌍의 제2포토레지스트전극을 형성하는 단계;
(c)상기 한쌍의 제2포토레지스트전극 사이에 형성된 포토레지스트 상부에 복수개의 투과부가 배열된 제3포토마스크를 위치한 후, 노광, 경화시켜 자외선의 회절에 따른 한쌍의 상기 제2포토레지스트전극을 연결한 멤브레인구조물을 형성하는 단계;
(d)상기 (c)단계에 의해 노광된 부분을 제외한 나머지 부분의 포토레지스트를 현상하여 제거하는 단계; 및
(e)상기 제1, 제2포토레지스트전극 및 상기 멤브레인구조물을 열분해하여 제1,제2탄소전극과 탄소멤브레인구조물로 변환하여 완성하는 단계가 포함되는 센서 제조방법.
(a) forming a first photoresist electrode with a photoresist to be exposed and cured on an upper surface of a first electrode region of a substrate;
(b) forming a pair of second photoresist electrodes on the first photoresist electrode with the photoresist being exposed and cured in a pair of second electrode regions spaced apart from each other with the first photoresist electrode as a center;
(c) placing a third photomask having a plurality of transmissive portions arranged on the upper portion of the photoresist formed between the pair of second photoresist electrodes, exposing and curing the same to form a pair of the second photoresist electrodes according to diffraction of ultraviolet rays Forming a connected membrane structure;
(d) developing and removing the remaining portion of the photoresist except for the portion exposed by the step (c); And
(e) thermally decomposing the first and second photoresist electrodes and the membrane structure to convert the first and second photoresist electrodes and the carbon membrane structure into a carbon membrane structure.
청구항 1에 있어서,
상기 (a)단계는
(a-1)기판 상면에 절연층을 형성하는 단계;
(a-2)상기 (a-1)단계에 의해 상기 절연층 상에 포토레지스트를 1차 도포하는 단계;
(a-3)상기 (a-2)단계에 의해 상기 포토레지스트가 도포된 상기 절연층의 상부에 해당 제1전극영역이 타공된 제1포토마스크를 위치한 후, 자외선으로 1차 노광하는 단계;
(a-4)상기 (a-3)단계에 의해 노광된 부분을 제외한 나머지 부분을 현상하여 상기 포토레지스트를 제거함으로써, 상기 기판의 상부에 제1포토레지스트전극 형성을 완료하는 단계;가 포함되는 센서 제조방법.
The method according to claim 1,
The step (a)
(a-1) forming an insulating layer on an upper surface of a substrate;
(a-2) applying a photoresist first on the insulating layer by the step (a-1);
(a-3) placing a first photomask in which the first electrode region is formed on the insulating layer coated with the photoresist by the step (a-2), and then performing primary exposure with ultraviolet rays;
(a-4) completing the formation of the first photoresist electrode on the substrate by developing the remaining portion except for the portion exposed by the step (a-3) to remove the photoresist Sensor manufacturing method.
청구항 1에 있어서,
상기 (b)단계는
(b-1)상기 (a)단계에 의해 제1포토레지스트전극이 형성된 상기 기판의 상부에 포토레지스트를 2차 도포하는 단계;
(b-2)상기 (b-1)단계에 의해 포토레지스트가 2차 도포된 기판의 상부에 해당 제2전극영역이 타공된 제2포토마스크를 위치한 후 자외선으로 2차 노광하여, 상기 제1포토레지스트전극을 중심에 두고 서로 이격되는 한쌍의 제2포토레지스트전극 형성을 완료하는 단계;가 포함되는 센서 제조방법.
The method according to claim 1,
The step (b)
(b-1) applying a second photoresist to the upper portion of the substrate on which the first photoresist electrode is formed by the step (a);
(b-2) a second photomask in which the second electrode region is bored is placed on an upper portion of the substrate to which the photoresist is secondarily applied by the step (b-1), and then secondary exposure is performed with ultraviolet rays, And forming a pair of second photoresist electrodes spaced apart from each other with the photoresist electrode as a center.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 포토레지스트는 SU-8인 센서 제조방법.
The method according to any one of claims 1 to 3,
Wherein the photoresist is SU-8.
청구항 1에 있어서,
상기 제3포토마스크의 투과부는 미세타공으로 형성되는 센서 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the transmissive portion of the third photomask is formed with a fine pore.
청구항 1에 있어서,
상기 제3포토마스크의 투과부는 반투명한 스크린으로 형성되는 센서 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the transmissive portion of the third photomask is formed of a translucent screen.
절연층을 포함하는 기판의 상측에 형성되는 제1탄소전극;
상기 제1탄소전극을 중심에 두고 서로 이격 형성되는 한쌍의 제2탄소전극;
한쌍의 상기 제2탄소전극 상부를 서로 연결하고, 상기 제1탄소전극 상부에 배치되는 탄소멤브레인구조물;을 포함하는 센서.
A first carbon electrode formed on the substrate including the insulating layer;
A pair of second carbon electrodes spaced apart from each other with the first carbon electrode as a center;
And a carbon membrane structure disposed on the first carbon electrode and connecting a pair of upper portions of the second carbon electrode to each other.
청구항 7에 있어서,
상기 탄소멤브레인구조물은
박막으로 형성된 탄소멤브레인과 상기 탄소멤브레인 주변을 따라 형성되며 상기 탄소멤브레인의 두께보다 더 두껍게 형성되어 상기 탄소멤브레인을 지지하는 백본(back bone)을 포함하는 센서.The method of claim 7,
The carbon membrane structure
And a back bone formed around the carbon membrane and formed thicker than the carbon membrane to support the carbon membrane.
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