KR101257813B1

KR101257813B1 - Ｐｄｍｓ 접합장치 및 이를 이용한 ｐｄｍｓ 접합방법

Info

Publication number: KR101257813B1
Application number: KR1020110016894A
Authority: KR
Inventors: 양성
Original assignee: 광주과학기술원
Priority date: 2011-02-25
Filing date: 2011-02-25
Publication date: 2013-04-29
Anticipated expiration: 2031-02-25
Also published as: KR20120097596A

Abstract

PDMS 접합장치 및 이를 이용한 PDMS 접합방법이 개시된다. 보다 상세하게는, 본 발명은 PDMS의 일면이 부착되는 상부 재치기구와, PDMS의 타면과 접합되는 기판을 유지하는 하부 재치기구 및 상부 재치기구와 하부 재치기구가 정렬을 유지한 채로 미리 결정된 간격으로 이격되면 상부 재치기구와 하부 재치기구 사이의 공간으로 진입하여 상기 PDMS의 타면 및 상기 기판에 플라즈마 처리를 하는 플라즈마 처리기를 포함하는 PDMS 접합장치와 미리 결정된 패턴이 형성된 PDMS를 준비하는 단계와, PDMS의 미리 결정된 패턴에 대응되는 패턴을 갖는 기판을 준비하는 단계와, PDMS와 기판을 접합하여 PDMS와 기판을 정렬하는 단계와, PDMS와 기판을 이격시킨 후 PDMS와 기판 사이로 플라즈마 처리기를 통과시켜 PDMS와 기판의 표면을 활성화 시키는 단계 및 PDMS와 기판을 접합시키는 단계를 포함하는 PDMS 접합방법에 관한 것이다.

Description

ＰＤＭＳ 접합장치 및 이를 이용한 ＰＤＭＳ 접합방법{PDMS Bonding Apparatus and The Method of PDMS Bonding using The same}

본 발명은 PDMS(polydimethylsiloxane) 접합장치 및 이를 이용한 PDMS 접합방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 PDMS와 기판을 정확하게 정렬(align)하기 위해 PDMS와 기판은 재치기구에 각각 유지한 상태에서 표면 활성을 위한 플라즈마 처리 공정을 시행한 후 신속히 PDMS와 기판을 접합하는 장치 및 이를 이용한 PDMS 접합방법에 관한 것이다.

일반적으로, BioMEMS, Microfluidic 기술은 의료기기의 제작 및 발전에 매우 중요한 기술로 각광받고 있는데, 이러한 BioMEMS 및 Microfluidic(미세유체) 기술은 수 nm~mm 크기의 소자를 제작하여 소량의 유체를 제어하기 위해서 PDMS라고 하는 물질이 널리 이용되고 있다.

PDMS는 제작이 매우 쉬우며, 전기적, 광학적, 기계적 성질이 매우 우수하여 많은 연구자 및 기술 개발자들에게 널리 이용되고 있다. 여기서 PDMS의 특성을 간략히 소개한다. 첫째, PDMS는 기판(substrate)의 상대적으로 넓은 영역에 안정적으로 접착할 수 있다. 이는 평탄하지 않은 surface에 대해서도 동일하게 만족할 수 있다는 장점을 가지고 있다. 두번째로, interfacial free energy가 낮다. 따라서, PDMS로 다른 polymer를 molding할 때, 접착이 잘 일어나지 않아 성형 가공성이 좋다. 세번째로, PDMS는 homogeneous, isotropic하고, 광학적으로는 300nm의 두께까지는 투명하다. 따라서 이러한 성질을 이용하여 광학적 디바이스(optical device를 만드는 데 이용될 수 있다. 네번째로, PDMS는 매우 내구성이 강한 엘라스토머(elastomer)이다. 이것은 실험에서 몰딩한 PDMS stamp로 수백 번, 몇 달 동안이나 사용해도 눈에 띄는 열화(degradation)가 일어나지 않은 것으로 파악할 수 있다. 다섯번째로, PDMS의 surface property는 SAMs(self-assembly monolayers)의 형성에 의해 생기는 plasma의 조절에 의해서 쉽게 modified될 수 있고, 이는 물질간에 적절한 interfacial 상호작용에 의해서 interfacial energy값이 넓은 영역에 걸쳐 나타날 수 있다. 하지만, PDMS의 elastomeric한 성질은 변형, 뒤틀림 등은 어떤 장비 설계시 문제의 원인이 되기도 한다. 따라서 molding된 PDMS가 mask 모양대로 나오지 않고, shrinking도 일어날 수도 있다.

특히, PDMS를 이용하여 소자를 제작할 때, PDMS와 PDMS 또는 유리 기판의 전기적, 기계적 시스템과 결합하는 과정에는 몇 가지 큰 문제점이 있다. 즉, PDMS의 불균일한 높이, PDMS와 다른 물질과 접착하기 위한 플라즈마(plasma) 처리 공정의 시간적 제약 및 진공챔버를 이용하는 공간적 제약으로 다층의 PDMS 소자의 정렬 및 집적은 매우 어렵다.

또한, PDMS 기반의 미세유체 소자는 약 3~4mm 두께의 PDMS block과 금속등으로 패턴이 되어 있는 유리 기판을 정렬하여 접착하여 제작되는데, 제작된 PDMS block의 높이를 일정하게 제작하는 것은 실험적으로 어려운 부분이 많다. 그리고, 접착을 위해서 사용하는 산소 플라즈마 공정은 시간적 제약뿐만 아니라, PDMS와 유리 기판이 한번 접착을 하면 떨어지지 않는 비가역 반응이기 때문에, 정교한 제작 기술을 요구한다는 문제점이 있다.

따라서 이하에서 설명되는 본 발명에서는 PDMS의 불균일한 높이의 보정 및 plasma 공정의 시간제약 문제를 동시에 해결할 수 있는 PDMS 정렬 및 접착을 정교하게 할 수 있는 장치 및 방법을 제공하고자 한다.

상술한 문제점을 해결하기 위한 관점으로부터 본 발명은 PDMS 접합 시 PDMS와 기판의 정렬을 유지한 채로 PDMS의 패턴이 형성된 표면의 기판에 플라즈마 처리를 할 수 있는 장치 및 방법을 제공함을 기술적 과제로 한다.

이를 위해 본 발명에서는 재치기구에 PDMS와 기판은 고정 유지시킨 후 플라즈마를 처리하기 전이기 때문에 정밀한 정렬을 진행한다. PDMS와 기판이 고정된 재치기구의 정렬을 유치한 채로 재치기구는 플라즈마 장치가 작동할 수 있는 높이만큼 간격을 만든다. 그리고, 상압하에서 플라즈마 처리를 하고, 플라즈마 처리 후에는 재치기구를 작동하여 기판과 PDMS를 신속히 접합되게 한다.

또한, 본 발명에서는 PDMS와 기판의 표면 활성화를 위해 진공압 하에서 플라즈마 처리를 하는 것이 아니라 상압하에서 상기 PDMS와 기판의 정렬이 유지된 상태로 표면 활성화를 시키는 기술을 제공함을 목적으로 한다.

그러나, 본 발명의 기술적 과제는 상기에 언급된 사항으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위해서 본 발명에 따른 PDMS(polydimethylsiloxane) 접합장치는, PDMS의 일면이 부착되는 상부 재치기구와, 상기 PDMS의 타면과 접합되는 기판을 유지하는 하부 재치기구 및 상기 상부 재치기구와 상기 하부 재치기구가 미리 결정된 간격으로 이격되면 상기 상부 재치기구와 상기 하부 재치기구 사이의 공간으로 진입하여 상기 PDMS의 타면 및 상기 기판에 플라즈마 처리를 하는 플라즈마 처리기를 포함한다.

여기서, 상기 플라즈마 처리기는 상기 상부 재치기구와 상기 하부 재치기구 사이의 공간에서 수평이동하면서 상하 양방향으로 플라즈마 처리를 하는 것이 좋다.

그리고, 상기 플라즈마 처리기는 O₂ 플라즈마 처리기로서 상압(常壓)하에서 작동되는 것도 좋다.

또한, 상기 상부 재치기구는 상기 PDMS의 일면을 부착 유지하기 위해 유리(GLASS)로 형성되는 것이 바람직할 것이다.

또한, 상기 하부 재치기구는 공압에 의해 상기 기판을 유지하는 것도 바람직하다.

또한 바람직하게는, 상기 PDMS의 타면에는 미리 결정된 형상의 패턴이 형성되고, 상기 PDMS의 타면에 접합되는 상기 기판에는 상기 미리 결정된 형상의 패턴에 대응되는 패턴이 형성되어 서로 접합할 수 있을 것이다.

또한, 상기 상부 재치기구는 상기 PDMS의 타면이 상기 기판과 평평한 상태로 접합될 수 있도록 상기 PDMS의 기울어짐을 보정하기 위한 보정장치를 구비하는 것이 바람직하며 여기의 보정장치는 볼 베어링을 구비하여 상기 PDMS의 기울어짐을 보정하는 것임이 더욱 바람직하다.

한편, 상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른PDMS(polydimethylsiloxane) 접합방법은, (a) 미리 결정된 패턴이 형성된 PDMS와 상기 PDMS의 미리 결정된 패턴에 대응되는 패턴을 갖는 기판을 준비하는 단계와, (b) 상기 PDMS와 상기 기판을 접합하여 상기 PDMS와 상기 기판을 정렬하는 단계와, (c) 상기 PDMS와 상기 기판을 이격시킨 후 상기 PDMS와 상기 기판 사이로 플라즈마 처리기를 통과시켜 상기 PDMS와 상기 기판의 표면을 활성화 시키는 단계 및 (d) 상기 PDMS와 상기 기판을 접합시키는 단계를 포함한다.

여기서, 상기 플라즈마 처리기는 상기 PDMS와 상기 기판 사이의 공간에서 수평이동하면서 상기 PDMS와 상기 기판의 표면에 플라즈마 처리를 하는 것이 좋다.

또한, 상기 (b)단계는 (b1) 상기 PDMS와 상기 기판을 고정 유지하기 위해 상부 재치기구와 하부 재치기구를 갖는 PDMS 접합장치를 준비하는 단계와, (b2) 상기 상부 재치기구에 상기 PDMS를 부착하고 상기 하부 재치기구에 상기 기판을 부착하는 단계와, (b3) 상기 상부 재치기구와 상기 하부 재치기구의 간격을 좁혀 상기 PDMS와 상기 기판을 접촉시키는 단계 및 (b4) 상기 PDMS와 상기 기판의 패턴이 미리 정해진 위치에서 결합될 수 있도록 상기 상부 재치기구와 상기 하부 재치기구를 조작하는 단계를 포함하는 것도 바람직하다.

또한 바람직하게는, 상기 (c)단계는 (c1) 상기 상부 재치기구와 상기 하부 재치기구를 서로 이격시키는 단계 및 (c2) 상기 상부 재치기구와 상기 하부 재치기구에 의해 이격된 공간으로 플라즈마 처리기를 통과시키면서 상기 PDMS와 상기 기판의 표면을 활성화시키는 단계를 포함할 수 있을 것이다.

그리고, 상기 (d)단계는 상기 상부 재치기구와 상기 하부 재치기구의 간격을 좁혀 상기 PDMS와 상기 기판을 접합하는 것도 좋을 것이다.

또한, 상기 상부 재치기구에 상기 PDMS를 부착한 후 상기 PDMS와 상기 기판이 평평한 상태로 접합될 수 있도록 상기 PDMS의 기울어짐을 보정하는 단계를 더 포함하는 것도 바람직할 것이다.

본 명세서를 통해 기재되는 내용으로부터 파악되는 본 발명에 따르면, PDMS와 기판을 진공챔버를 이용한 진공압 하에서 플라즈마 처리를 하는 것이 아닌 상압하에서 플라즈마 처리를 하게 되어 별도의 진공챔버가 필요없고, 기 정렬된 PDMS와 기판과의 정렬을 유지할 수 있다.

또한, 본 발명은 PDMS와 기판을 재치기구에 고정 유지시킨 상태에서 정렬 및 플라즈마 처리를 수행하므로, 플라즈마 처리 후의 표면 활성화된 PDMS와 기판을 신속히 접합시킬 수 있다.

도 1은 종래의 PDMS 접합방법을 설명하기 위해 도시한 플로우 차트,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 PDMS 접합장치를 설명하기 위해 도시한 도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 PDMS 접합방법을 설명하기 위해 도시한 플로우 차트,
도 4는 도 3의 S200단계를 보다 상세하게 설명하기 위해 도시한 플로우 차트,
도 5는 도 3의 S300단계를 보다 상세하게 설명하기 위해 도시한 플로우 차트,
도 6은 도 3 내지 도 5에 도시된 플로우 차트를 공정 단계에 따른 이미지로 도시한 순서도이다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 여기의 설명에서 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 연결된다고 기술될 때, 이는 다른 구성 요소에 바로 연결될 수도 그 사이에 제3의 구성 요소가 개재될 수도 있음을 의미한다. 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. 이때 도면에 도시되고 또 이것에 의해서 설명되는 본 발명의 구성과 작용은 적어도 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해서 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지는 않는다.

먼저, 본 발명에 대한 설명에 앞서 종래의 PDMS 접합방법을 소개하기로 한다.

도 1은 종래의 PDMS 접합방법을 설명하기 위해 도시한 플로우 차트이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 PDMS 접합방법은 PDMS 블록과 기판을 준비하는 단계(S10), PDMS 블록 및 기판을 얼라이너(aligner)에 장착하는 단계(S20), 얼라이너를 초기화 하고 PDMS 블록 및 기판을 정렬하는 단계(S3O), 진공챔버에서 O₂ 플라즈마 처리하는 단계(S40), 얼라이너에 PDMS 블록 및 기판을 다시 장착하고 정렬하는 단계(S50) 및 PDMS 블록과 기판을 접합하는 단계(S60)를 포함한다.

S10단계에서는 접합하고자 하는 PDMS 블록과 기판을 준비하는 단계인데, 여기의 PDMS 블록의 일면에는 미리 결정된 형상의 패턴이 형성되어 있으며, 상기 PDMS 블록과 접합되는 기판에는 상기 미리 결정된 형상의 패턴과 대응되는 패턴이 형성된다. 즉, PDMS 블록과 기판은 최종적으로 서로 패턴의 간격을 유지하면서 서로 접합된다.

S20단계에서는 PDMS 블록과 기판은 얼라이너에 장착하는 단계로 얼라이너는 PDMS 블록을 장착할 수 있는 재치기구와 기판을 장착할 수 있는 재치기구가 서로 마주보는 상태로 형성된 장치이며, 상기 재치기구에 장착된 PDMS 블록과 기판이 서로 정렬되도록 조정할 수 있는 장치가 마련되어 있다. 여기서 정렬을 조정하는 장치는 정렬과정에서 일반적으로 사용되는 장치이므로 별도의 설명은 생략한다.

S30단계에서는 상기 얼라이너를 초기화하고 기판과 PDMS 블록을 정렬조작하는 단계이다. S30단계에서 기판과 PDMS 블록을 정렬하는 방법은 이들에 형성된 패턴이 서로 정렬된 상태에서 정확하게 결합할 수 있도록 하기 위해 얼라이너에 형성된 각 재치기구의 간격을 좁혀 기판과 PDMS 블록을 서로 접촉시켜 수행한다. 이는 PDMS 블록의 표면이 활성화되기 전의 상태에서는 기판과 접촉하여도 쉽게 분리될 수 있는 성질이 있어 가능하다.

S40단계에서는 S30단계에서 정렬된 기판과 PDMS 블록이 서로 이격되도록 재치기구간 간격을 벌리고 재치기구에서 기판과 PDMS 블록을 떼어내에 이들을 진공챔에에 장입한 후 플라즈마 처리를 수행한다. 여기의 플라즈마 처리는 O₂ 플라즈마 처리기가 사용되며 진공상태에 수행된다. 따라서 별도의 진공챔버가 구비된 장치에 상기 PDMS 블록과 기판을 장입한 상태로 표면의 활성화를 위한 플라즈마 처리가 수행된다.

S50단계에서는 S40단계에서 플라즈마 처리로 인해 표면 활성화된 기판과 PDMS 블록을 얼라이너의 재치기구에 다시 장착하고 정렬을 수행하는 단계이다. 진공챔버로부터 PDMS 블록과 기판을 제거하여 S30단계에서 정렬된 얼라이너의 재치기기구에 그대로 장착한다. 그러나, 얼라인 된 얼라이너에 PDMS 블록과 기판을 그대로 장착하다고 하여도 정렬오차가 발생되므로 표면 활성화된 PDMS 블록과 기판을 장착한 상태에서 다시 얼라인 과정을 수행한다. 그러나 이때의 얼라인 과정에서는 S30단계에서와 같이 기판과 PDMS 블록을 접촉하여 정렬할 수 없으므로 서로 이격된 상태에서 얼라인 과정을 수행해야 한다.

다음으로 S60단계에서는 얼라이너의 재치기구 간 간격을 좁혀 최종적으로 기판과 PDMS 블록을 접합한다. 표면 활성화된 기판과 PDMS 블록은 살짝 맞데어도 바로 붙어버리는 성질이 있어 이를 이용하여 접합과정을 마무리 한다.

지금까지 기존의 PDMS 접합방법에 대해 설명하였는데 이러한 방법은 상술한 내용에서 알 수 있듯이 2번의 얼라인 과정을 수행하여야 하며, 진공압에서 플라즈마 처리를 수행하여야 하므로 별도의 진공챔버에 PDMS 블록과 기판을 장입하여야 하는 점이 문제가 된다. 즉, 기존의 PDMS 접합방법에서는 진공챔버에 PDMS 블록과 기판을 장입하였다가 다시 얼라이너에 이들을 장착해야 하므로 정렬과정을 마친 얼라이너의 정렬이 틀어지게 되는 문제점이 발생한다. 또한, 플라즈마 처리 이후에 다시 얼라이너의 정렬을 수행하는데, 이는 이미 표면 활성화된 기판과 PDMS 블록을 접촉하면서 정렬을 수행할 수 없어 서로 이격된 거리를 둔 상태로 정렬을 수행하게되어 정밀성을 상실할 수 있는 문제점이 있다. 그리고, 표면 활성화 이후의 정렬과정은 그 시간적 제약을 갖는데 실험적으로는 최장 2분 내에 얼라인을 마쳐야 표면 활성화 상태가 유지될 수 있다.

이하에서는 상술한 종래의 PDMS 접합방법의 한계를 극복하기 위해 도출된 본 발명에 대한 상세한 설명이 개시된다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 PDMS 접합장치를 설명하기 위해 도시한 도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, PDMS 접합장치는 상부 재치기구(100), 하부 재치기구(200) 및 플라즈마 처리기(300)를 포함한다.

상부 재치기구(100)는 PDMS 블록(P)의 일면이 부착되는 장치로 여기의 PDMS 블록은 상술한 바 있듯이 표면에 미리 결정된 형상의 패턴(40)을 갖는다. 또한 PDMS 블록을 용이하게 부착할 수 있도록 상부 재치기구(100)의 재질을 유리로 하는 것도 가능하나 상부 재치기구(100)의 재질에 어떤 한정을 두는 것을 아님에 유의해야 한다. 또한, 상부 재치기구(100)에는 보정장치(미도시)를 구비하는 것이 바람직하다. 여기의 보정장치는 상부 재치기구(100)에 부착된 PDMS 블록(P)에서 기판(S)과 접합되는 면이 기울기를 갖는 경우 즉, 평평한 형상이 아닌 경우에 PDMS 블록(P)과 기판(S)이 평평하게 접합될 수 있도록 보정을 수행하기 위한 것이다. 즉, 사용되는 PDMS 블록(P)에서 기판(S)에 접합할 면이 정확히 평평하게 형성되지 않은 경우 이러한 상태 그대로 기판(S)과 접합하게 됨을 방지하기 위해 보정장치가 구비된다. 관련한 일 실시예로서, 보정장치는 볼 베어링을 구비하는 보정장치가 사용되는 것이 바람직하나, PDMS 블록의 기울기를 보정하기 위한 공지의 다양한 장치를 사용하여 같은 목적을 달성하는 것도 가능하다.

하부 재치기구(200)는 상기 PDMS 블록(P)과 서로 접합되는 기판(S)이 장착된다. 여기의 기판(S)에는 상기 PDMS 블록(P)의 미리 결정된 형상의 패턴(40)과 대응되는 형상의 패턴(80)이 형성된다. 또한, 기판(S)에는 전기적 소자(70)가 형성될 수도 있는데, 전기적 소자(70)는 예를 들면 센서 또는 전극일 수 있다. 따라서, PDMS 블록(P)과 기판(S)이 접합될 때, 상기 패턴(40,80)은 얼라인을 위한 표지 즉, 얼라인 마크로서 기능하며 기판(S)에 형성된 전기적 소자(70)와 PDMS 블록간의 공간은 미세 유체 채널을 형성할 수도 있다.

한편, 하부 재치기구(200)는 기판(S)을 고정 유지하기 위한 공지의 방법을 적용함이 가능한데, 예를 들면 공압에 의해 기판(S)을 부착 유지할 수 있다.

플라즈마 처리기(300)는 상부 재치기구(100)와 하부 재치기구(200) 사이에 왕복운동 또는 일방향 운동 가능하도록 형성되는데, 기판(S)과 PDMS 블록(P)을 향하여 플라즈마 처리를 동시에 수행되도록 구비된다. 또한 본 발명에서의 플라즈마 처리는 상압하에서 실시되며, O₂ 플라즈마 처리기를 사용하여 플라즈마 처리를 하는 것이 가능하다.

또한 본 발명에서 ‘기판’으로 설명되는 것을 필요에 따라서는 상부 재치기구에 장착되는 PDMS 블록의 패턴과 대응되는 패턴을 가지는 다른 PDMS 블록일 수 있음에 유의하여야 한다. 즉, 일 실시예로 설명되는 PDMS 블록과 기판의 접합은 다른 실시예에서는 PDMS 블록과 다른 PDMS 블록의 접합일 수 있는 것이다.

이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 PDMS 접합장치는 상부 재치기구와 하부 재치기구 사이에 플라즈마 처리기를 배치하여 얼라인 된 기판과 PDMS 블록을 진공 플라즈마 처리하기 위해 재치기구에서 제거하지 않으므로 플라즈마 처리 이후에 재정렬 과정을 수행 할 필요가 없으며, 재정렬시에 발생하는 위에서 지적한 문제점을 회피할 수 있다.

다음으로 본 발명의 일 실시예에 따른 PDMS 접합방법에 대한 설명을 개시한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 PDMS 접합방법을 설명하기 위해 도시한 플로우 차트, 도 4는 도 3의 S200단계를 보다 상세하게 설명하기 위해 도시한 플로우 차트, 도 5는 도 3의 S300단계를 보다 상세하게 설명하기 위해 도시한 플로우 차트, 도 6은 도 3 내지 도 5에 도시된 플로우 차트를 공정 단계에 따른 이미지로 도시한 순서도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, PDMS 접합방법은 PDMS 블록과 기판을 준비하는 단계(S100), PDMS 블록 및 기판을 정렬하는 단계(S200), 플라즈마 처리 단계(S300) 및 PDMS 블록과 기판을 접합하는 단계(S400)를 포함한다.

S100단계 및 S400단계에 대하여는 상술한 바 있어 여기서는 그 설명을 생략하기로 하고 S200단계 및 S300단계에 대한 설명을 개시한다.

S100단계 이후에 시행되는 S200단계는 PDMS 블록 및 기판을 정렬하는 단계로 구체적으로 PDMS 접합 장치를 준비하는 단계(S210), 상부 재치기구에 PDMS 블록을 부착하고 하부 재치기구에 기판을 부착하는 단계(S220), PDMS 블록과 기판을 접촉하는 단계(S230) 및 PDMS 블록과 기판을 정렬시키는 단계(S240)를 포함한다.

S210단계에서 준비되는 PDMS 정합장치는 상부 재치기구와 하부 재치기구를 갖는 장치이며, S220단계에서 PDMS 블록과 기판은 각각의 재치기구에 부착된다.

S225단계에서는, 상부 재치기구와 하부 재치기구간 간격을 좁혀 PDMS 블록과 기판을 접촉시키는 단계이다. S225단계에서는 상부 재치기구에 부착된 PDMS 블록과 하부 재치기구에 부착된 기판의 최종적인 접착에 앞서서, 미리 이들을 맞데에 보아 PDMS 블록의 미리 결정된 패턴과 기판의 미리 결정된 패턴이 미리 결정된 위치에서 결합될 수 있도록 하기 위한 단계이다. 여기의 미리 결정된 위치란 기판에 형성된 패턴과 PDMS 블록에 형성된 패턴이 서로 맞닿아야 하는 위치를 의미한다.

S230단계는 PDMS 불록과 기판의 접촉 상태로부터, 상부 재치기구에 부착된 PDMS 블록에서 기판과 접합되는 면이 기울기를 갖는 경우 즉, 평평한 형상이 아닌 경우에 PDMS 블록과 기판이 평평하게 접합될 수 있도록 보정을 수행하는 단계이다. 즉, S230단계에서는 상부 재치기구에 구비되는 보정장치를 이용하여 PDMS 블록의 기울기를 조정하는데, 이를 위해 볼 베어링을 구비하는 보정장치가 사용되는 것이 바람직하나, PDMS 블록의 기울기를 보정하기 위한 공지의 다양한 기술을 적용하여 PDMS 블록의 기울기를 조정하는 것도 가능함은 물론이다.

S240단계에서 상기 상부 재치기구와 하부 재치기구를 조작하여 기판과 PDMS 블록을 정렬한다.

상술한 S210단계 내지 S240단계를 시행한 이후에는 플라즈마 처리 단계(S300)가 시행된다. S300단계는 구체적으로 상부 재치기구와 하부 재치기구를 이격하는 단계(S310) 및 이격된 공간으로 플라즈마 처리기를 진행시키는 단계(S320)를 포함한다.

S310단계는 상기 S200단계에서 PDMS 블록과 기판을 접촉시켜 정렬한 후 상부 재치기구와 하부 재치기구를 그대로 Z축 방향으로 이격시킨다. 다음으로 S320단계에서 Z축 방향 이격에 의해 생겨난 공간으로 플라즈마 처리기를 통과시키면서 PDMS 블록과 기판의 표면을 활성화시킨다.

즉, 본 발명에서는 기판과 PDMS 블록의 정렬 이후에 이들에 대한 플라즈마 처리를 수행하기 위해 이들은 재치기구에서 제거하지 아니하고 재치기구가 정렬된 상태 그대로 단지 Z축 방향 이격만을 수행하고 플라즈마 처리기를 기판과 PDMS 블록 사이로 진행시키면서 기판과 PDMS 블록의 표면을 활성화시키므로 플라즈마 처리가 끝난 이후에 별도로 얼라인 과정을 다시 수행할 필요가 없다. 따라서, 플라즈마 처리이후에는 Z축 방향으로 이격된 재치기구 간의 간격을 다시 좁혀 PDMS 블록과 기판을 접합시키면 최종적으로 접합공정이 마무리된다(S400).

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라, 본 발명 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명의 사상적 범주에 속한다.

100 : 상부 재치기구 200 : 하부 재치기구
300 : 플라즈마 처리기 P : PDMS 블록
S : 기판

Claims

PDMS(polydimethylsiloxane) 접합장치에 있어서,
PDMS의 일면이 부착되는 상부 재치기구;
상기 PDMS의 타면과 접합되는 기판을 유지하는 하부 재치기구; 및
상기 상부 재치기구와 상기 하부 재치기구가 미리 결정된 간격으로 이격되면 상기 상부 재치기구와 상기 하부 재치기구 사이의 공간으로 진입하여 상기 PDMS의 타면 및 상기 기판에 플라즈마 처리를 하는 플라즈마 처리기를 포함하며,
상기 플라즈마 처리기는 상하 양방향으로 플라즈마 처리를 수행하고 상압하에서 작동되는 O₂플라즈마 처리기인 것을 특징으로 하는 PDMS 접합장치.
제1항에 있어서, 상기 O₂플라즈마 처리기는
상기 상부 재치기구와 상기 하부 재치기구 사이의 공간에서 이동하는 것을 특징으로 하는 PDMS 접합장치.
삭제
제1항에 있어서, 상기 상부 재치기구는
상기 PDMS의 일면을 부착 유지하기 위해 유리(GLASS)로 형성되는 것임을 특징으로 하는 PDMS 접합장치.
제4항에 있어서, 상기 하부 재치기구는
공압에 의해 상기 기판을 유지하는 것임을 특징으로 하는 PDMS 접합장치.
제1항에 있어서,
상기 PDMS의 타면에는 미리 결정된 형상의 패턴이 형성되고, 상기 PDMS의 타면에 접합되는 상기 기판에는 상기 미리 결정된 형상의 패턴에 대응되는 패턴이 형성되어 서로 접합되는 것임을 특징으로 하는 PDMS 접합장치.
제1항에 있어서, 상기 상부 재치기구는
상기 PDMS의 타면이 상기 기판과 평평한 상태로 접합될 수 있도록 상기 PDMS의 기울어짐을 보정하기 위한 보정장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 PDMS 접합장치.
제7항에 있어서, 상기 보정장치는
볼 베어링을 구비하여 상기 PDMS의 기울어짐을 보정하는 것임을 특징으로 하는 PDMS 접합장치.
PDMS(polydimethylsiloxane) 접합방법에 있어서,
(a) 미리 결정된 패턴이 형성된 PDMS와 상기 PDMS의 미리 결정된 패턴에 대응되는 패턴을 갖는 기판을 준비하는 단계;
(b) 상기 PDMS와 상기 기판을 접합하여 상기 PDMS와 상기 기판을 정렬하는 단계;
(c) 상기 PDMS와 상기 기판을 이격시킨 후 상기 PDMS와 상기 기판 사이로 플라즈마 처리기를 통과시켜 상기 PDMS와 상기 기판의 표면을 활성화 시키는 단계; 및
(d) 상기 PDMS와 상기 기판을 접합시키는 단계를 포함하며,
상기 (c)단계는 상하 양방향으로 플라즈마 처리를 수행하고 상압하에서 작동되는 O₂플라즈마 처리기에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 PDMS 접합방법.
제9항에 있어서, 상기 O₂플라즈마 처리기는
상기 PDMS와 상기 기판 사이의 공간에서 수평이동하면서 상기 PDMS와 상기 기판의 표면에 플라즈마 처리를 하는 것임을 특징으로 하는 PDMS 접합방법.
삭제
제9항에 있어서, 상기 (b)단계는
(b1) 상기 PDMS와 상기 기판을 고정 유지하기 위해 상부 재치기구와 하부 재치기구를 갖는 PDMS 접합장치를 준비하는 단계;
(b2) 상기 상부 재치기구에 상기 PDMS를 부착하고 상기 하부 재치기구에 상기 기판을 부착하는 단계;
(b3) 상기 상부 재치기구와 상기 하부 재치기구의 간격을 좁혀 상기 PDMS와 상기 기판을 접촉시키는 단계; 및
(b4) 상기 PDMS의 미리 결정된 패턴과 상기 PDMS의 미리 결정된 패턴에 대응되는 패턴을 갖는 기판이 미리 정해진 위치에서 결합될 수 있도록 상기 상부 재치기구와 상기 하부 재치기구를 조작하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 PDMS 접합방법.
제12항에 있어서, 상기 (c)단계는
(c1) 상기 상부 재치기구와 상기 하부 재치기구를 서로 이격시키는 단계; 및
(c2) 상기 상부 재치기구와 상기 하부 재치기구에 의해 이격된 공간으로 플라즈마 처리기를 통과시키면서 상기 PDMS와 상기 기판의 표면을 활성화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 PDMS 접합방법.
제13항에 있어서, 상기 (d)단계는
상기 상부 재치기구와 상기 하부 재치기구의 간격을 좁혀 상기 PDMS와 상기 기판을 접합하는 것임을 특징으로 하는 PDMS 접합방법.
제12항에 있어서, 상기 (b3)단계는
상기 PDMS와 상기 기판을 접촉시킨 후 상기 PDMS와 상기 기판이 평평한 상태로 접합될 수 있도록 상기 PDMS의 기울어짐을 보정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 PDMS 접합방법.