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KR102435899B1 - 유연 기판을 가지는 미세 탐침 어레이 장치 및 제조 방법 - Google Patents

유연 기판을 가지는 미세 탐침 어레이 장치 및 제조 방법 Download PDF

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KR102435899B1
KR102435899B1 KR1020200112720A KR20200112720A KR102435899B1 KR 102435899 B1 KR102435899 B1 KR 102435899B1 KR 1020200112720 A KR1020200112720 A KR 1020200112720A KR 20200112720 A KR20200112720 A KR 20200112720A KR 102435899 B1 KR102435899 B1 KR 102435899B1
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South Korea
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working electrode
array device
electrode
microprobe
substrate
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박재형
이승기
김지연
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단국대학교 산학협력단
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Abstract

유연 기판을 가지는 미세 탐침 어레이 장치 및 제조 방법이 개시된다. 미세 탐침 어레이 장치는 기판; 상기 기판을 관통하여 형성된 비아 컨택; 상기 비아 컨택의 상단에 형성된 탐침 형태의 워킹 전극; 상기 비아 컨택의 하단에 형성되어 상기 워킹 전극에 전기 신호를 제공하는 레퍼런스 전극; 상기 워킹 전극의 경사면에 배치된 절연층을 포함하고, 객체의 곡률에 대응되도록 상기 기판은 외부 압력에 의해 밴딩될 수 있는 유연 물질로 구성될 수 있다.

Description

유연 기판을 가지는 미세 탐침 어레이 장치 및 제조 방법 {MICRO PROBE ARRAY DEVICE COMPRISING FLEXIBLE SUBSTRATE AND MANUFACTURING METHOD OF THE DEVICE}
아래 실시예들은 유연 기판을 가지는 미세 탐침 어레이 장치 및 제조 방법에 관한 것이다.
특정 조직에 전기 자극을 제공하기 위해 복수의 전극들로 구성된 장치가 사용되었다.
하지만, 복수의 전극들 사이에 간섭이 높은 경우 공간해상도가 높지 않아서 효과가 낮은 문제가 있다. 그리고, 특정 조직은 불규칙한 형태로 곡률을 가지고 있다. 그래서, 장치는 조직의 곡률에 따라 조직에 밀착되면서도 일정 깊이로 전극이 조직에 삽입되도록 이식되는 것이 필요하다. 또한, 복수의 전극들 각각에 개별적인 전기 신호를 적용하여 조직에서 국부적인 영역에 자극을 가할 필요도 있다.
한국특허등록공보 제10-1978600호 (2019.05.08 등록)
본 발명은 유연 기판을 갖는 미세 탐침의 전극을 이용하여 곡률을 가지는 객체의 전체 면적에 이식이 가능하도록 하는 장치를 제공한다.
본 발명은 미세 탐침의 전극으로 측정한 신호의 피드백을 통해 미세 탐침의 후면에 적용되는 압력을 조절하여 전극의 높이가 변경되는 장치를 제공한다.
본 발명의 일실시예에 따른 미세 탐침 어레이 장치는 기판; 상기 기판을 관통하여 형성된 비아 컨택; 상기 비아 컨택의 상단에 형성된 탐침 형태의 워킹 전극; 상기 비아 컨택의 하단에 형성되어 상기 워킹 전극에 전기 신호를 제공하는 레퍼런스 전극; 상기 워킹 전극의 경사면에 배치된 절연층을 포함하고, 객체의 곡률에 대응되도록 상기 기판은 외부 압력에 의해 밴딩될 수 있는 유연 물질로 구성될 수 있다.
상기 워킹 전극의 팁 영역은 절연층에 의해 커버되지 않아 외부로 노출되고, 상기 워킹 전극의 팁 영역을 제외한 나머지 영역은 절연층에 의해 커버될 수 있다.
상기 워킹 전극의 높이는, 기판과 워킹 전극의 팁 영역에 접촉되는 객체들 간의 거리에 따라 다르게 설정되고, 상기 거리는, 객체의 형태나 곡률에 따라 결정될 수 있다.
상기 워킹 전극은, 비아 컨택을 통해 레퍼런스 전극과 연결되고, 비아 컨택은 기판에서 미리 설정된 간격에 따라 이격되어 서로 독립적으로 배치될 수 있다.
상기 미세 탐침 어레이 장치의 하단에 유연 PCB가 결합되고, 상기 유연 PCB는, 미세 탐침 어레이 장치의 레퍼러스 전극의 위치에 홀이 형성되어 도전성 에폭시를 통해 미세 탐침 어레이 장치와 결합될 수 있다.
상기 워킹 전극의 팁 영역은, 객체와 접촉하여 비아 컨택을 통해 전달된 전기 신호를 객체에 제공하거나 또는 객체로부터 전기 신호를 획득할 수 있다.
워킹 전극의 높이는 객체의 곡률에 대응되도록 조절될 수 있다.
상기 절연층의 경사면에 카운터 전극이 배치되고, 상기 워킹 전극, 카운터 전극 간에 전기 신호의 흐름이 형성될 수 있다.
상기 워킹 전극은, 엑추에이터의 기계적인 압력이 레퍼런스 전극에 적용되면 객체와의 거리가 가까워지거나 또는 객체에 삽입되는 깊이가 증가할 수 있다.
상기 기계적인 압력은, 상기 워킹 전극으로부터 출력된 전기 신호가 객체로부터 피드백된 결과에 기초하여 결정될 수 있다.
상기 피드백된 결과에 대응하는 전기 신호가 일정 크기 이하인 경우, 기계적인 압력이 증가할 수 있다.
상기 기판은, 외부 압력에 의해 형태가 변형되지 않는 고정된 소재로 구성되거나 또는 외부 압력에 의해 형태가 변형되는 유연한 소재로 구성될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 미세 탐침 어레이 장치의 제조 방법은 (1) 실리콘 웨이퍼의 후면에 알루미늄, 실리콘 산화막, 및 감광제를 순차적으로 패터닝하는 공정; (2) 개별 어드레싱을 위해 실리콘 웨이퍼의 후면에 패터닝된 알루미늄 전극을 마스크로 비등방성 식각하는 공정; (3) 감광제를 제거하고, 실리콘 원기둥들 사이의 영역에 실리콘 산화막을 증착하고, 산소 플라즈마 처리를 하는 공정; (4) 실리콘 원기둥들 사이의 영역에 유연 물질을 채우고, 실리콘 원기둥 위에 남아 있는 유연 물질을 제거하는 습식 식각하는 공정; (5) 실리콘 웨이퍼의 전면에 실리콘 산화막과 감광제를 패터닝하는 공정; (6) 미세 탐침의 전극을 위해 비등방성 식각하는 공정; (7) 감광제와 산화막을 제거한 뒤, 습식 식각을 통해 미세 탐침을 제작하는 공정; (8) 유연 물질과 감광제와의 접착력을 높이기 위해 산소 플라즈마를 처리하고, 감광제를 증착하는 공정; (9) 첫번째 자기정렬 공정을 통해 감광제를 선택적으로 식각하는 공정; (10) 미세 탐침의 전극을 생성하기 위해 워킹 전극에 대응하는 도전성 물질을 증착하는 공정; (11) 리프트 오프를 통해 감광제를 제거하고, 미세 탐침의 팁 영역에 도전성 물질이 남아있도록 하는 공정; (12) 실리콘 웨이퍼의 전면에 절연층에 대응하는 절연 물질을 증착하는 공정; (13) 실리콘 웨이퍼의 전면에 감광제를 스핀 코팅하고, 두번째 자기정렬 공정을 적용하여 미세 탐침의 팁 영역에 절연 물질을 선택적으로 식각하는 공정; (14) 실리콘 웨이퍼의 후면에 알루미늄 전극을 보호하는 실리콘 산화막을 제거하고 다이싱하는 공정을 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 미세 탐침들을 개별 어드레싱 가능하게 하여 특정 부분의 신호를 볼 수 있고 객체에 각각 다른 자극을 줄 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 기판을 유연 물질을 구성함으로써 곡률을 가지는 신경이나 세포 등과 같은 객체의 전체 면적에 미세 탐침 어레이 장치의 이식이 가능하도록 한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 미세 탐침의 끝단 부분에만 전극 영역이 노출되어 노이즈를 줄일 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 미세 탐침의 전극으로 측정한 신호의 피드백을 통해 미세 탐침의 후면에 적용되는 압력을 조절하여 전극의 높이가 변경되어 객체에 균일한 전기 신호의 제공이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 미세 탐침 어레이 장치가 객체에 이식된 결과를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 미세 탐침 어레이 장치를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 미세 탐침 어레이 장치와 유연 PCB와의 결합 관계를 도시한 도면이다.
도 4 내지 도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 미세 탐침 어레이 장치의 제조 방법을 도시한 도면이다.
이하, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 특허출원의 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
아래 설명하는 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있다. 아래 설명하는 실시예들은 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 이들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1 또는 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이런 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 이해되어야 한다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
실시예에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 실시예를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수 개의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조 부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 미세 탐침 어레이 장치를 도시한 도면이다.
도 1을 참고하면, 전기 신호를 제공하거나 또는 전기 신호가 발생되는 조직 (이하, 객체)(101)에 미세 탐침 어레이 장치(100)가 배치될 수 있다. 일례로, 객체는 망막이나 신경 세포 등을 포함할 수 있다. 미세 탐침 어레이 장치(100)는 반도체 공정에 따라 제조될 수 있다. 미세 탐침 어레이 장치(100)는 복수의 전극들이 어레이 형태로 배치될 수 있다. 미세 탐침 어레이 장치(100)는 마이크로 단위의 크기를 가지는 복수의 전극들을 개별적으로 어드레싱하여 전기 신호를 제공할 수 있다. 여기서, 복수의 전극들의 팁 영역은 탐침 형태(probe)로 구성될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 미세 탐침 어레이 장치(100)에 포함된 기판이 유연 물질로 구성될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 미세 탐침 어레이 장치를 도시한 도면이다.
도 2를 참고하면, 미세 탐침 어레이 장치는 워킹 전극(Working electrode)(202), 절연층(203), 비아 컨택(204), 기판(205), 및 레퍼런스 전극(reference electrode)(206)를 포함할 수 있다. 미세 탐침 어레이 장치는 복수의 워킹 전극들(202)(a-c)을 포함하며, 복수의 워킹 전극들(a-c)은 일정 간격만큼 이격될 수 있어서 개별적인 어드레싱이 가능할 수 있다. 워킹 전극(202)은 팁 영역이 탐침 형태를 나타낸다. 워킹 전극(202)의 팁 영역의 면적은 탐침 형태로 작게 설정되어 세포와 같은 객체(201)에 침습이 용이하다. 일례로, 워킹 전극(202)은 원뿔, 삼각뿔, 사각뿔 형태로 구성될 수 있으나, 원기둥 형태도 가능하다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 기판(205)은 PDMS와 같이 유연 물질로 구성될 수 있다. 기판(207)이 유연 물질로 구성된 경우, 외부에서 적용되는 힘에 따라 기판(207)의 형태가 변경될 수 있다. 도 2와 같이 객체(201)가 곡률을 가지더라도 유연 물질로 구성된 기판(207)이 외부에서 적용되는 힘에 따라 변형되어 밴딩될 수 있다. 그러면, 미세 탐침 어레이 장치가 객체(201)에 밀착될 수 있어서 객체(201)에 워킹 전극(202)을 통해 균일한 전기 신호를 제공할 수 있다.
도 2를 참고하면, 워킹 전극(202)의 경사면에 절연층(203)이 배치된다. 워킹 전극(202)의 팁 영역에는 절연층(203)이 커버되지 않고 노출될 수 있다. 워킹 전극(202)의 팁 영역은 객체(201)에 접촉될 수 있다. 한편, 워킹 전극(202)의 경사면에서 팁 영역을 제외한 나머지 영역은 절연층(203)에 의해 커버될 수 있다.
워킹 전극(202)은 비아 컨택(204)을 통해 레퍼런스 전극(208)과 연결된다. 비아 컨택(204)의 상단에 워킹 전극(202)이 배치되고, 비아 컨택(204)의 하단에 레퍼런스 전극(208)이 배치된다. 비아 컨택(204)은 기판(104)에서 미리 설정된 간격에 따라 이격되어 서로 독립적으로 배치될 수 있다. 비아 컨택(204)은 절연체로 구성된 기판(205)에 의해 분리되기 때문에 서로 이격되어 배치된다. 워킹 전극(202)의 팁 영역은 객체(201)와 접촉하여 비아 컨택(204)을 통해 전달된 전기 신호를 객체(201)에 제공하거나 또는 객체(201)로부터 전기 신호를 획득할 수 있다.
비아 컨택(204)은 워킹 전극(202)과 레퍼런스 전극(206) 간에 이동하는 전기 신호의 통로를 제공하기 위해 도전 물질로 구성된다. 비아 컨택(204)는 기판(205)에서 미리 설정된 간격에 따라 이격되어 서로 독립적으로 배치될 수 있다. 그래서, 비아 컨택(204)에 연결된 워킹 전극(202)들은 서로 간섭없이 개별적인 어드레싱이 가능하다.
레퍼런스 전극(206)을 통해 입력된 전기 신호는 비아 컨택(204)을 거쳐 워킹 전극(202)에 제공된다. 워킹 전극(202)의 팁 영역은 탐침 형태로 되어 객체(201)와 접촉될 수 있다. 그래서, 워킹 전극(202)에서 출력된 전기 신호는 객체(201)에 전달된다. 또는 객체(201)에서 발생된 전기 신호는 워킹 전극(202)으로 전달될 수도 있다.
도 2를 참고하면, 미세 탐침 어레이 장치는 엑츄에이터(207)를 더 포함할 수 있다. 본 발명의 일실시예에 따르면, 워킹 전극(202)의 높이는 외부 조작 등을 통해 적응적으로 변경(증가 또는 감소)될 수 있다. 또는 워킹 전극(202)의 높이는 고정이지만 엑츄에이터(207)가 레퍼런스 전극(206)에 적용하는 기계적인 압력에 따라 워킹 전극(202)의 팁 영역이 객체(201)의 방향으로 이동함으로써 워킹 전극(202)의 팁 영역이 객체(301)에 접촉되는 정도가 증가할 수 있다.
엑츄에이터(207)는 레퍼런스 전극(206)에 기계적인 압력을 가할 수 있다. 기계적인 압력은 레퍼런스 전극(206)에 수직으로 가해지는 압력을 의미한다. 엑츄에이터(207)가 레퍼런스 전극(206)에 적용하는 기계적인 압력에 따라 워킹 전극(202)의 팁 영역이 객체(201)에 더 깊이 삽입된다. 엑츄에이터(207)는 레퍼런스 전극(206)의 개수와 동일한 개수로 레퍼런스 전극(207)들 각각에 배치되거나 또는 레퍼런스 전극(206)에 공통적으로 적용될 수 있도록 하나만 배치될 수 있다. 또는 엑츄에이터(207)는 미세 탐침 어레이 장치에서 특정 영역마다 하나씩 할당될 수 있다.
기계적인 압력의 세기에 따라 워킹 전극(202)의 팁 영역이 객체(201)에 삽입되는 깊이가 달라진다. 즉, 기계적인 압력이 클수록 워킹 전극(202)의 팁 영역은 객체(201)에 더 깊이 삽입된다. 이 때, 기계적인 압력은 객체(201)로부터 피드백된 전기 신호에 기초하여 조절될 수 있다.
객체(201)로부터 피드백된 전기 신호의 세기가 특정 기준 세기보다 작은 경우, 워킹 전극(202)의 팁 영역과 객체(201)간의 접촉 정도가 작다고 판단될 수 있다. 그러면, 객체(201)로부터 피드백되는 전기 신호의 세기가 작을수록 엑츄에이터(207)의 기계적인 압력은 더 증가한다. 기계적인 압력이 증가할수록 워킹 전극(202)의 팁 영역과 객체(201)가 접촉하는 정도는 증가한다. 기계적인 압력은 워킹 전극(202)에 대해 개별적으로 다르게 설정될 수 있다.
도 2에서 절연층(203) 또는 기판(205)은 미세 탐침 어레이 장치의 후면에서 워킹 전극(202)의 팁 영역이 객체(201)에 삽입되는 위치나 삽입되는 정도가 확인될 수 있도록 투명 소재로 구성될 수 있다.
도 2에 도시되지 않았지만, 미세 탐침 어레이 장치는 객체(301)의 곡률에 따라 워킹 전극(302)이 객체(301)에 밀착되어 접촉될 수 있도록 워킹 전극(202)들 높이가 서로 다르게 설정될 수도 있다. 워킹 전극(202)의 높이(높이)가 객체(301)의 영역마다 서로 다르게 설정될 수 있다. 객체(301)의 영역마다 기판(307)에서 객체(301)까지의 거리가 다르게 결정된다.
또한, 도 2에 도시되지 않았지만, 미세 탐침 어레이 장치에서 워킹 전극(202), 절연층(203) 다음에 카운터 전극이 배치될 수 있다. 이 때, 절연층(203)은 워킹 전극(202)과 카운터 전극을 분리할 수 있다. 워킹 전극(202)과 객체(201)와 카운터 전극 간에 서로 전기적인 흐름이 형성될 수 있다. 예를 들어, 워킹 전극(202)에서 출력된 전기 신호는 워킹 전극(202)이 접촉한 객체(201)에 전달되며, 객체(201)에서 출력된 전기 신호는 카운터 전극에 전달될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 미세 탐침 어레이 장치와 유연 PCB와의 결합 관계를 도시한 도면이다.
도 3을 참고하면, 도 2에 도시된 미세 탐침 어레이 장치와 유연 PCB(Flexible PCB)(306)와 결합한 결과가 도시되어 있다. 도 3에 도시된 미세 탐침 어레이 장치는 워킹 전극(302), 절연체(303), 비아 컨택(304), 기판(305) 및 레퍼런스 전극(306)를 포함할 수 있다. 유연 PCB(308)가 미세 탐침 어레이 장치의 레퍼런스 전극(306)에 맞게 정렬된다. 유연 PCB(308)는 미세 탐침 어레이 장치의 레퍼런스 전극(306)의 위치 및 레퍼런스 전극(306) 사이의 위치 각각에 홀이 존재할 수 있다.
유연 PCB(308)와 미세 탐침 어레이 장치가 정렬된 이후에, 미세 탐침 어레이 장치의 레퍼런스 전극(306)의 위치에 대응하는 홀을 통해 레퍼런스 전극(306)은 전도성 에폭시(309)와 연결된다. 그리고, 유연 PCB(308)에서 레퍼런스 전극(306) 사이의 위치에 대응하는 홀에 기판(305)의 구성 물질과 동일한 유연 물질인 PDMS가 채워질 수 있다. 그러면, 유연 PCB(308)와 미세 탐침 어레이 장치 간에 결합력이 향상될 수 있다. 전도성 에폭시(309)는 커넥터를 통해 외부 장치에 연결되고, 외부 장치는 객체(301)의 전체 면적에 이식된 미세 탐침 어레이 장치의 워킹 전극(302), 비아 컨택(304) 및 레퍼런스 전극(306)을 통해 전달된 전기 신호를 측정할 수 있다.
도 4 내지 도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 미세 탐침 어레이 장치의 제조 방법을 도시한 도면이다.
도 4의 STEP 1에서, 실리콘 웨이퍼의 후면에 알루미늄, 실리콘 산화막, 및 감광제를 순차적으로 패터닝하는 공정이 수행된다. 구체적으로, 실리콘 웨이퍼의 후면에 알루미늄을 증착하고, 실리콘 산화막 및 감광제를 사진 식각을 통해 패터닝하고, 알루미늄 습식 식각을 통해 알루미늄 전극을 개별적으로 패터닝하는 공정이 수행된다.
도 4의 STEP 2에서, 개별 어드레싱을 위해 실리콘 웨이퍼의 후면에 패터닝된 알루미늄 전극을 마스크로 비등방성 식각하는 공정이 수행된다. 비등방성 식각은 - Deep Reactive Ion Etching (DRIE)을 통해 진행되며, 복수의 실리콘 원기둥들이 어레이 형태로 형성된다.
도 5의 STEP 3에서, 감광제를 제거하고, 실리콘 원기둥들 사이의 영역에 실리콘 산화막을 증착하고, 산소 플라즈마 처리를 하는 공정이 수행된다. 이 공정을 통해 실리콘 기둥들 사이의 영역의 표면이 친수성으로 변경되고, 유연 물질인 PDMS(Polydimethylsiloxane)와 실리콘 간의 접착력이 향상될 수 있다.
도 5의 STEP 4에서, 실리콘 원기둥들 사이의 영역에 유연 물질을 채우고, 실리콘 원기둥 위에 남아 있는 유연 물질을 제거하는 습식 식각하는 공정이 수행된다. 여기서, 유연 물질은 미세탐침 어레이 장치의 기판에 대응한다. 유연 물질은 PDMS(Polydimethylsiloxane)를 포함하고, 미세 탐침들 사이의 절연과 기판의 유연성을 제공할 수 있다.
도 6의 STEP 5에서, 실리콘 웨이퍼의 전면에 실리콘 산화막과 감광제를 패터닝하는 공정이 실행된다. 미세 탐침의 전극에 대응하는 실리콘 원기둥을 생성하기 위해 패터닝이 실행된다.
도 6의 STEP 6에서, 미세 탐침의 전극을 위해 비등방성 식각하는 공정이 실행된다. 식각되는 깊이는 실리콘 웨이퍼의 전면에서 유연물질까지의 깊이이다.
도 7의 STEP 7에서, 감광제와 산화막을 제거한 뒤, 습식 식각을 통해 미세 탐침을 제작하는 공정이 실행된다. 여기서, 습식 식각은 불산과 질산이 혼합된 용액을 사용한 등방성 습식 식각을 의미한다.
도 7의 STEP 8에서, STEP 6을 통해 노출된 유연 물질과 감광제와의 접착력을 높이기 위해 산소 플라즈마를 처리하고, 감광제를 증착하는 공정이 실행된다.
도 8의 STEP 9에서, 첫번째 자기정렬 공정을 통해 감광제를 선택적으로 식각하는 공정이 실행된다. 감광제는 미세 탐침의 팁 영역이 노출되도록 식각된다.
도 8의 STEP 10에서, 미세 탐침의 전극을 생성하기 위한 도전성 물질을 증착하는 공정이 실행된다. 여기서, 도전성 물질은 금 또는 크롬을 포함할 수 있다.
도 9의 STEP 11에서, 리프트 오프를 통해 감광제를 제거하고, 미세 탐침의 팁 영역에만 도전성 물질이 남아있도록 하는 공정이 실행된다. 여기서, 미세 탐침의 팁 영역에 존재하는 도전성 물질은 미세 탐침 어레이 장치의 워킹 전극에 대응한다.
도 9의 STEP 12에서, 실리콘 웨이퍼의 전면에 절연 물질을 증착하는 공정이 실행된다. 여기서, 절연 물질은 파릴렌을 포함할 수 있다. 절연 물질은 미세탐침 어레이 장치의 절연층에 대응한다.
도 10의 STEP 13에서, 실리콘 웨이퍼의 전면에 감광제를 스핀 코팅하고, 두번째 자기정렬 공정을 통해 미세 탐침의 팁 영역에 절연 물질을 선택적으로 식각함으로써 도전성 물질을 외부로 노출시키는 공정이 실행된다. 이에 따라, 미세 탐침의 팁 영역은 절연 물질에 의해 커버되지 않고 노출된다. 즉, 워킹 전극의 팁 영역은 절연층에 의해 커버되지 않고 노출된다.
도 10의 STEP 14에서, 실리콘 웨이퍼의 후면에 알루미늄 전극을 보호하는 실리콘 산화막을 제거하고 다이싱하는 공정이 실행된다. 이 공정을 통해 도 2에 도시된 미세 탐침 어레이 장치가 제작된다.
본 명세서는 다수의 특정한 구현물의 세부사항들을 포함하지만, 이들은 어떠한 발명이나 청구 가능한 것의 범위에 대해서도 제한적인 것으로서 이해되어서는 안되며, 오히려 특정한 발명의 특정한 실시형태에 특유할 수 있는 특징들에 대한 설명으로서 이해되어야 한다. 개별적인 실시형태의 문맥에서 본 명세서에 기술된 특정한 특징들은 단일 실시형태에서 조합하여 구현될 수도 있다. 반대로, 단일 실시형태의 문맥에서 기술한 다양한 특징들 역시 개별적으로 혹은 어떠한 적절한 하위 조합으로도 복수의 실시형태에서 구현 가능하다. 나아가, 특징들이 특정한 조합으로 동작하고 초기에 그와 같이 청구된 바와 같이 묘사될 수 있지만, 청구된 조합으로부터의 하나 이상의 특징들은 일부 경우에 그 조합으로부터 배제될 수 있으며, 그 청구된 조합은 하위 조합이나 하위 조합의 변형물로 변경될 수 있다.
마찬가지로, 특정한 순서로 도면에서 동작들을 묘사하고 있지만, 이는 바람직한 결과를 얻기 위하여 도시된 그 특정한 순서나 순차적인 순서대로 그러한 동작들을 수행하여야 한다거나 모든 도시된 동작들이 수행되어야 하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 특정한 경우, 멀티태스킹과 병렬 프로세싱이 유리할 수 있다. 또한, 상술한 실시형태의 다양한 장치 컴포넌트의 분리는 그러한 분리를 모든 실시형태에서 요구하는 것으로 이해되어서는 안되며, 설명한 프로그램 컴포넌트와 장치들은 일반적으로 단일의 소프트웨어 제품으로 함께 통합되거나 다중 소프트웨어 제품에 패키징 될 수 있다는 점을 이해하여야 한다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

Claims (13)

  1. 미세 탐침 어레이 장치에 있어서,
    기판;
    상기 기판을 관통하여 형성된 비아 컨택;
    상기 비아 컨택의 상단에 형성된 탐침 형태의 워킹 전극;
    상기 비아 컨택의 하단에 형성되어 상기 워킹 전극에 전기 신호를 제공하는 레퍼런스 전극;
    상기 레퍼런스 전극에 수직으로 기계적인 압력을 가하는 엑츄에이터; 및
    상기 워킹 전극의 경사면에 배치된 절연층을 포함하고,
    객체의 곡률에 대응되도록 상기 기판은 외부 압력에 의해 밴딩될 수 있는 유연 물질로 구성되고,
    상기 비아 컨택은 워킹 전극과 레퍼런스 전극 간에 이동하는 전기 신호의 통로를 제공하기 위해 도전 물질로 구성되고,
    상기 엑츄에이터는,
    (i) 상기 레퍼런스 전극의 개수와 동일한 개수로 레퍼런스 전극들 각각에 배치되거나, (ii) 레퍼런스 전극에 기계적인 압력을 공통적으로 적용될 수 있는 하나가 배치되거나 또는 (iii) 미세 탐침 어레이 장치의 특정 영역마다 하나씩 할당되고,
    상기 엑츄에이터는, 객체로부터 피드백된 전기 신호의 세기와 특정 기준 세기의 비교 결과에 따라 피드백된 전기 신호가 일정 크기 이하인 경우, 기계적인 압력이 증가하도록 제어되는 미세 탐침 어레이 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 워킹 전극의 팁 영역은 절연층에 의해 커버되지 않아 외부로 노출되고,
    상기 워킹 전극의 팁 영역을 제외한 나머지 영역은 절연층에 의해 커버되는 미세 탐침 어레이 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 워킹 전극의 높이는, 기판과 워킹 전극의 팁 영역에 접촉되는 객체들 간의 거리에 따라 다르게 설정되는,
    상기 거리는, 객체의 형태나 곡률에 따라 결정되는 미세 탐침 어레이 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 워킹 전극은,
    비아 컨택을 통해 레퍼런스 전극과 연결되고, 비아 컨택은 기판에서 미리 설정된 간격에 따라 이격되어 서로 독립적으로 배치되는 미세 탐침 어레이 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 미세 탐침 어레이 장치의 하단에 유연 PCB가 결합되고,
    상기 유연 PCB는, 미세 탐침 어레이 장치의 레퍼러스 전극의 위치에 홀이 형성되어 도전성 에폭시를 통해 미세 탐침 어레이 장치와 결합되는 미세 탐침 어레이 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 워킹 전극의 팁 영역은,
    객체와 접촉하여 비아 컨택을 통해 전달된 전기 신호를 객체에 제공하거나 또는 객체로부터 전기 신호를 획득하는 미세 탐침 어레이 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    워킹 전극의 높이는 객체의 곡률에 대응되도록 조절될 수 있는 미세 탐침 어레이 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 절연층의 경사면에 카운터 전극이 배치되고,
    상기 워킹 전극, 카운터 전극 간에 전기 신호의 흐름이 형성되는 미세 탐침 어레이 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 워킹 전극은,
    엑추에이터의 기계적인 압력이 레퍼런스 전극에 적용되면 객체와의 거리가 가까워지거나 또는 객체에 삽입되는 깊이가 증가하는 미세 탐침 어레이 장치.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제1항에 있어서,
    상기 기판은, 외부 압력에 의해 형태가 변형되지 않는 고정된 소재로 구성되거나 또는 외부 압력에 의해 형태가 변형되는 유연한 소재로 구성되는 미세 탐침 어레이 장치.
  13. 미세 탐침 어레이 장치의 제조 방법에 있어서,
    (1) 실리콘 웨이퍼의 후면에 알루미늄, 실리콘 산화막, 및 감광제를 순차적으로 패터닝하는 공정;
    (2) 개별 어드레싱을 위해 실리콘 웨이퍼의 후면에 패터닝된 알루미늄 전극을 마스크로 비등방성 식각하는 공정;
    (3) 감광제를 제거하고, 실리콘 원기둥들 사이의 영역에 실리콘 산화막을 증착하고, 산소 플라즈마 처리를 하는 공정;
    (4) 실리콘 원기둥들 사이의 영역에 유연 물질을 채우고, 실리콘 원기둥 위에 남아 있는 유연 물질을 제거하는 습식 식각하는 공정;
    (5) 실리콘 웨이퍼의 전면에 실리콘 산화막과 감광제를 패터닝하는 공정;
    (6) 미세 탐침의 전극을 위해 비등방성 식각하는 공정;
    (7) 감광제와 산화막을 제거한 뒤, 습식 식각을 통해 미세 탐침을 제작하는 공정;
    (8) 유연 물질과 감광제와의 접착력을 높이기 위해 산소 플라즈마를 처리하고, 감광제를 증착하는 공정;
    (9) 첫번째 자기정렬 공정을 통해 감광제를 선택적으로 식각하는 공정;
    (10) 미세 탐침의 전극을 생성하기 위해 워킹 전극에 대응하는 도전성 물질을 증착하는 공정;
    (11) 리프트 오프를 통해 감광제를 제거하고, 미세 탐침의 팁 영역에 도전성 물질이 남아있도록 하는 공정;
    (12) 실리콘 웨이퍼의 전면에 절연층에 대응하는 절연 물질을 증착하는 공정;
    (13) 실리콘 웨이퍼의 전면에 감광제를 스핀 코팅하고, 두번째 자기정렬 공정을 적용하여 미세 탐침의 팁 영역에 절연 물질을 선택적으로 식각하는 공정;
    (14) 실리콘 웨이퍼의 후면에 알루미늄 전극을 보호하는 실리콘 산화막을 제거하고 다이싱하는 공정
    을 포함하고,
    상기 미세 탐침 어레이 장치는,
    기판;
    상기 기판을 관통하여 형성된 비아 컨택;
    상기 비아 컨택의 상단에 형성된 탐침 형태의 워킹 전극;
    상기 비아 컨택의 하단에 형성되어 상기 워킹 전극에 전기 신호를 제공하는 레퍼런스 전극;
    상기 레퍼런스 전극에 수직으로 기계적인 압력을 가하는 엑츄에이터; 및
    상기 워킹 전극의 경사면에 배치된 절연층을 포함하고,
    객체의 곡률에 대응되도록 상기 기판은 외부 압력에 의해 밴딩될 수 있는 유연 물질로 구성되고,
    상기 비아 컨택은 워킹 전극과 레퍼런스 전극 간에 이동하는 전기 신호의 통로를 제공하기 위해 도전 물질로 구성되고,
    상기 엑츄에이터는,
    (i) 상기 레퍼런스 전극의 개수와 동일한 개수로 레퍼런스 전극들 각각에 배치되거나, (ii) 레퍼런스 전극에 기계적인 압력을 공통적으로 적용될 수 있는 하나가 배치되거나 또는 (iii) 미세 탐침 어레이 장치의 특정 영역마다 하나씩 할당되고,
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