JP2022513768A - 皮膚に貼り付け可能な電子機器及びこれを製造する方法 - Google Patents

Abstract

【要約】実施例は、電極、インターコネクトなどを含む回路素子、及び絶縁層、活性層などを含む半導体素子を含む半導体回路ユニット；及び皮膚に貼り付け可能になるように構成されたフレキシブルパッチを含み、フレキシブルパッチは、複数の貫通孔を含み、絶縁層は、前記フレキシブルパッチの複数の貫通孔に対応する複数の貫通孔を含む、皮膚に貼り付け可能な電子機器、及びこれを製造する方法に関する。活性層が圧電物質からなる場合、前記電子機器は、皮膚の変形及び／又は弾力情報を得ることができるスキンセンサとして活用され得る。

Description

［関連出願の相互参照］
本出願は、２０１８年１２月１８日付けで出願された米国特許出願第１６／２２３,５４１号、及び２０１９年７月２日付けで出願された韓国特許出願第１０-２０１９-００７９４００号に基づく優先権を主張し、これらの出願内容全体が本出願に参照により援用される。

実施例は、皮膚に貼り付け可能な電子機器に関する発明であって、より詳しくは、（例えば、活性層を含む）半導体素子及び（例えば、電極及び／又はインターコネクトなどを含む）回路構成要素から構成された、半導体回路ユニット、そして前記半導体回路ユニットが集積される基板として用いられる、皮膚に貼り付け可能なフレキシブルパッチを含む電子機器、及びこれを製造する方法に関する。特に、回路の基板として用いられるフレキシブルパッチは、複数の貫通孔を有しており、高い通気性や強い貼付性を有する。

産業及び経済の発展で生活が豊かになるにつれ、多くの現代人は単に健康な暮らしを営もうとする欲求を超えて、より若くて美しい顔及び身体を維持し続けたいという欲求を持っている。このような現代人の欲求を満たすべく、自分の健康状態、特に皮膚状態を持続的にモニタリングできるようにする（例えば、スキンセンサのような）皮膚適合型電子感知技術（ｓｋｉｎ－ｃｏｎｆｏｒｍａｂｌｅ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｓｅｎｓｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）についての関心が高まっている。

一般的に皮膚の変化、状態などのような皮膚に関する情報を得るためには、スキンセンサを対象者の皮膚に貼り付ける。しかし、皮膚は、身体の最も外側に位置し最大の面積を有する外表面器官であって、化合物人体の恒常性（ｈｏｍｅｏｓｔａｓｉｓ）を保つうえで必須のものである、汗、皮脂分泌物（ｓｅｂｕｍ ｓｅｃｒｅｔｉｏｎ）、揮発性有機排出物といったような、気孔を基盤とする多様な生物学的行動を行う。皮膚に貼り付けるスキンセンサは、前述した皮膚の生物学的特性を考慮して製作する必要がある。

したがって、長期間の健康状態、又は皮膚状態をモニタリングする高品質のスキンセンサは、貼付性や通気性をいずれも必須要件として有する必要がある。

従来のスキンセンサは、低い侵透性（ｐｏｏｒ ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ）を有する、ＰＩ又はＰＥＴなどの高分子基板を用いて製造されていたため、皮膚に貼り付けると、皮膚の気孔を塞いで皮膚の生理活動を妨害し、炎症や刺激を誘発するという問題が提起されてきた。スキンセンサと皮膚間の強力な貼り合わせのために化学粘着剤が更に用いられる場合、炎症がさらに酷くなる可能性もある。感染された皮膚はウイルスに対する保護機能を喪失するため、二次感染や合併症が発生することがある。また、皮膚よりも１０００倍程度大きい高分子基板の弾性係数（ｅｌａｓｔｉｃ ｍｏｄｕｌｕｓ）に起因して、皮膚への貼付力が非常に低いため皮膚に長時間貼り付けできないか、再度貼り付けたとしても貼付効率が非常に落ちるという問題もある。

これを克服するために、皮膚の機械的性質と類似したＰＤＭＳなどの弾性重合体（ｅｌａｓｔｏｍｅｒ）を基盤に貼付表面がタコの吸盤、又はとかげの足裏のようなマイクロ構造を有するスキンセンサの開発が試みられているが、このようなマイクロ構造は表面上のみに存在する、非貫通型の構造である。このため、製造過程が複雑であり、且つ小型化が難しいという限界がある。

また、このような弾性重合体基盤のスキンセンサを製造するに際して、変形可能であり且つ通常用いられるシリコン基板に比べてフレキシブルであるため、スキンセンサの回路素子を弾性重合体上に集積させ難いという限界がある。

本発明の一側面によれば、回路構成要素から構成された半導体回路ユニット及び前記半導体回路ユニットが集積される基板として用いられる、皮膚に貼り付け可能なフレキシブルパッチを含む電子機器を提供することができる。

また、前記電子機器を製造する方法を提供することができる。

本発明の一側面に係る皮膚に貼り付け可能な電子機器は、半導体回路ユニット - 該半導体回路ユニットは電極及びインターコネクトのうちの一つ以上を含む回路素子；そして絶縁層、及び活性層を含む半導体素子を含む；及び複数の貫通孔を含む、皮膚に貼り付け可能になるように構成されたフレキシブルパッチを含み、前記絶縁層は、前記フレキシブルパッチの複数の貫通孔に対応する複数の貫通孔を含む。

一実施例において、前記複数の貫通孔は、円形の貫通孔を含み、前記複数の貫通孔間の間隔は６０μｍ未満であってよい。

一実施例において、前記複数の貫通孔は、亜鈴状の貫通孔を更に含んでよい。

一実施例において、前記複数の貫通孔は、第１直径を有する第１貫通孔及び第２直径を有する第２貫通孔の組み合わせを含んでよい。ここで、前記第１直径は、第２直径よりも大きく、前記第２貫通孔は、第１貫通孔の周囲に位置してよい。

一実施例において、前記フレキシブルパッチの複数の貫通孔と前記絶縁層の複数の貫通孔とが平面上マッチングするように、前記フレキシブルパッチが前記活性層上に配置されてよい。

一実施例において、前記活性層は、ＡｌＮ又はＧａＮを含む物質からなってよい。

一実施例において、前記回路素子は、第１電極及び前記第１電極の向かい側に位置した第２電極を含んでよい。ここで、前記第１電極は、一つ以上の第１バーを含み、前記第２電極は、一つ以上の第２バーを含み、前記第１バーは、該第１バーの平面がジグザグ（ｚｉｇｚＡｇ）形態であって、前記第２電極に向かって延び、前記第２バーは、該第２バーの平面がジグザグ形態であって、前記第１電極に向かって延びる。

一実施例において、前記第１バー又は第２バーのジグザグ形態は、バーの延び方向が変わる地点に位置したヒンジパターンを含んでよい。

一実施例において、前記フレキシブルパッチは、第１弾性係数を有する第１フレキシブル層及び第２弾性係数を有する第２フレキシブル層を含んでよい。ここで、前記第１弾性係数は、第２弾性係数よりも低い値であってよい。

一実施例において、前記第１フレキシブル層の厚さｔ１及び第２フレキシブル層の厚さｔ２は、次の数学式に基づいて決められる。

［数学式］

前記式中、ｔはフレキシブルパッチの厚さ、Ｅ１は第１フレキシブル層の弾性係数、Ｅ２は第２フレキシブル層の弾性係数、Ｒは皮膚に貼り付けられたフレキシブルパッチの曲率、γ_{ｄＳｋｉｎ}は皮膚の接触表面の分散成分、γ_{ｄＰａｔｃｈ}はパッチの接触表面の分散成分を示し、γ_{ｐＳｋｉｎ}は皮膚の接触表面の極性成分、γ_{ｐＰａｔｃｈ}はパッチの接触表面の極性成分を示す。

本発明の他の一側面に係る皮膚に貼り付け可能な電子機器を製造する方法は、第１基板上に犠牲層を形成するステップ；前記犠牲層上に半導体素子及び回路素子を含む半導体回路ユニットを形成するステップ；複数の貫通孔を含むフレキシブルパッチを前記半導体回路上に貼り合わせるステップ；及び前記半導体回路ユニット及びフレキシブルパッチを含む電子機器を製造するために前記犠牲層をエッチングするステップを含んでよい。

一実施例において、前記半導体回路ユニットを形成するステップは、回路素子を前記犠牲層上に形成するステップ - 該回路素子は電極及びインターコネクトのうちの一つ以上を含む；絶縁層を前記回路素子上に形成するステップ - 該絶縁層は前記フレキシブルパッチの複数の貫通孔に対応する複数の貫通孔を有するように形成される；及び活性層を前記絶縁層上に形成するステップ;を含んでよい。

一実施例において、前記活性層を形成するステップは、第２基板上に活性層を形成するステップ；前記活性層上にストレッサ層を形成するステップ；前記ストレッサ層にテープを配置するステップ；前記テープを利用して前記第２基板から前記活性層及びストレッサ層を剥離するステップ；剥離された活性層及びストレッサ層を前記絶縁層上に転写するステップ - 剥離された活性層が前記絶縁層上に転写される；及び前記テープを利用して前記活性層から前記ストレッサ層を剥離するステップを含んでよい。

一実施例において、前記ストレッサ層は複数の層からなり、
前記ストレッサ層を形成するステップは、蒸発（ｅｖａｐｏｒａｔｉｎｇ）によって前記活性層上に第１ストレッサ層を形成するステップ；スパッタリング蒸着によって前記第１ストレッサ層上に第２ストレッサ層を形成するステップ；及びスパッタリング蒸着によって前記第２ストレッサ層上に第３ストレッサ層を形成するステップを含んでよい。

一実施例において、前記第２ストレッサ層は、Ａｌを含む物質からなり、前記第３ストレッサ層は、Ｎｉを含む物質からなってよい。

一実施例において、前記第１ストレッサ層は、Ｎｉ又はＡｇＮｉを含む物質からなってよい。

一実施例において、前記貼り合わせるステップは、前記フレキシブルパッチ及び半導体回路ユニット間に圧力を加えるステップを更に含んでよい。

一実施例において、皮膚に貼り付け可能な電子機器を製造する方法は、貼り合わせの前に前記半導体回路ユニット及びフレキシブルパッチをプラズマ処理（ｐｌａｓｍａ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ）するステップを更に含んでよい。

一実施例において、前記貼り合わせるステップは、前記フレキシブルパッチの複数の貫通孔と前記絶縁層の複数の貫通孔とが平面上マッチングするように、前記フレキシブルパッチが前記活性層上に配置されてよい。

一実施例において、前記犠牲層は、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｌ、及びこれらの組み合わせのうちのいずれか一つの物質からなってよい。

一実施例において、前記半導体回路ユニットを形成するステップは、活性層を前記犠牲層上に形成するステップ；絶縁層を前記活性層上に形成するステップ；及び回路素子を前記絶縁層上に形成するステップ - 該回路素子は電極及びインターコネクトのうちの一つ以上を含んでよい。

本発明のまた他の一側面に係る皮膚に貼り付け可能な電子機器を製造する方法は、第１基板上に犠牲層を形成するステップ；回路素子及び半導体素子を含む半導体回路ユニットを前記犠牲層上に形成するステップ；フレキシブルパッチ層を前記半導体回路ユニット上に形成するステップ；複数の貫通孔を形成させる溝を含む型をフレキシブルパッチ層に接触するステップ - 該溝を除く型部分は前記フレキシブルパッチ層を貫通する；及び電子機器を製造するために前記犠牲層をエッチングするステップを含んでよい。

一実施例において、前記半導体回路ユニットを前記犠牲層上に形成するステップは、回路素子を前記犠牲層上に形成するステップ - 該回路素子は電極及びインターコネクトのうちの一つ以上を含む；絶縁層を前記回路素子上に形成するステップ - 該絶縁層は前記型によって形成されたフレキシブルパッチ層の複数の貫通孔に対応する複数の貫通孔を含む；及び活性層を前記絶縁層上に形成するステップを含んでよい。

一実施例において、前記半導体回路ユニットを前記犠牲層上に形成するステップは、活性層を前記犠牲層上に形成するステップ；絶縁層を前記活性層上に形成するステップ - 該絶縁層は前記型によって形成されたフレキシブルパッチ層の複数の貫通孔に対応する複数の貫通孔を含む；及び回路素子を前記絶縁層上に形成するステップ - 該回路素子は電極及びインターコネクトのうちの一つ以上を含む;を含んでよい。

一実施例において、皮膚に貼り付け可能な電子機器を製造する方法は、活性層を形成する前に、ポリアミド層を前記犠牲層上に形成するステップ；及び前記型をフレキシブルパッチ層に接触した後に、前記ポリアミド層を除去するステップを更に含んでよい。

一実施例において、前記活性層を形成するステップは、転写構造物を利用して前記活性層を前記ポリアミド層上に形成するステップを含んでよい。

一実施例において、皮膚に貼り付け可能な電子機器を製造する方法は、前記活性層の幅が前記型によって形成される貫通孔の幅よりも小さくなるように活性層をパターニングするステップを更に含んでよい。

一実施例において、前記複数の溝を含む型をフレキシブルパッチ層に接触するステップは、前記フレキシブルパッチ層を加熱するステップを含んでよい。

一実施例において、前記型の表面には、複数の円形貫通孔及び複数の亜鈴状の貫通孔、並びにこれらの組み合わせを形成可能な溝が形成されてよい。

一実施例において、前記型の表面には、複数の円形貫通孔及び複数の亜鈴状の貫通孔を形成可能な溝が形成されてよい。

一実施例において、皮膚に貼り付け可能な電子機器を製造する方法は、貫通する型の整列のために一つ以上の配列キー（ａｌｉｇｎｍｅｎｔ ｋｅｙ）を形成するステップを更に含んでよい。ここで、前記配列キーは高さを有するように構成され、前記型は、前記配列キーの平面に対応する一つ以上のキー穴を更に含む。

一実施例において、前記貫通孔を形成する溝の幅は、６０μｍ未満であってよい。

一実施例において、前記フレキシブルパッチ層を形成するステップは、第３弾性係数を有する第３フレキシブル層を前記半導体回路ユニット上に形成するステップ；及び第４弾性係数を有する第４フレキシブル層を前記第３フレキシブル層上に形成するステップを含んでよい。ここで、前記第４弾性係数は、前記第３弾性係数よりも低い値を有する。

本発明の一側面に係る電子機器の製造方法では、皮膚に貼り付け可能になるように構成されたフレキシブルパッチ上に電極、インターコネクトなどのような多様な回路素子及び半導体素子を含む半導体回路ユニットを貼り合わせて電子機器を製造することができる。

特に、フレキシブルパッチ上に回路素子及び半導体素子が配置された電子機器を製造することができる。皮膚表面に貼り付けられるパッチはフレキシブルでなければならない。本発明は、半導体回路を逆順に集積するリバース工程を通じて回路素子及び／又は半導体素子をフレキシブルパッチ上に直接集積する場合に発生する問題を解決することができる。

このような電子機器のフレキシブルパッチは、複数の貫通孔を含むことで、高い通気性や強い貼付性を有し得る。これにより、電子機器が皮膚に貼り付けられても皮膚状態に影響を及ぼさない。

また、前記複数の貫通孔は、フレキシブルパッチ上に配置される半導体回路の機能を極大化するために異なる大きさを有するように構成されてよい。

一実施例において、電子機器の半導体素子が圧電物質を含む場合、電子機器は皮膚に貼り付けられて皮膚の変形及び／又は弾力情報を得ることができるスキンセンサとして活用され得る。変形を感知する圧電物質は相対的に大きさの大きい貫通孔上に配置され、スキンセンサが皮膚の生理学的挙動による皮膚変形情報をより効率的に得ることができる。

他の一実施例において、電子機器の半導体素子が光に応答するように構成された場合、電子機器は、皮膚表面に対する光学センサ、又はイメージセンサとして活用され得る。

また他の一実施例において、電子機器の半導体素子が水分に応答するように構成された場合、電子機器は、皮膚の水分損失を測定する水分センサとして活用され得る。

本発明又は従来技術の実施例の技術的解決策をより明確に説明するために、実施例に関する説明で必要な図面を下記に簡単に紹介する。一つ以上の図面で示された類似の要素を識別するために同じ図面番号が用いられる。下記の図面は本明細書の実施例を説明する目的から例示したものであるに過ぎず、本発明を限定する目的から例示したものではないと理解されるべきである。また、説明の明瞭性のために下記の図面で誇張、省略などの多様な変形が適用された一部の要素が示されることがある。
本発明の実施例に係る、被験者の皮膚に貼り付けられた電子機器を概略的に示す図である。 本発明の実施例に係る、被験者の皮膚に貼り付けられた電子機器を概略的に示す図である。 本発明の実施例に係る、被験者の皮膚に貼り付けられた電子機器を概略的に示す図である。 本発明の一実施例に係る、スキンセンサの動作原理を説明するための図である。 本発明の一実施例に係る、スキンセンサの動作原理を説明するための図である。 本発明の一実施例に係る、スキンセンサの動作原理を説明するための図である。 本発明の一実施例に係る、スキンセンサによって測定された、経時的な皮膚変形率を示すグラフである。 本発明の第１実施例に係る、スキンセンサの製造過程を概略的に示した概念図である。 本発明の第１実施例に係る、スキンセンサの製造過程を概略的に示した概念図である。 本発明の第１実施例に係る、スキンセンサ１の製造過程で活性層が形成された半導体構造物の準備過程を示す断面図である。 本発明の第１実施例に係る、スキンセンサ１の製造過程で活性層が形成された半導体構造物の準備過程を示す断面図である。 本発明の第１実施例に係る、スキンセンサ１の製造過程で活性層が形成された半導体構造物の準備過程を示す断面図である。 本発明の一実施例に係る、オーセチック特性を有するように構成された電極及び／又はインターコネクト構造を説明するための図である。 本発明の一実施例に係る、オーセチック特性を有するように構成された電極及び／又はインターコネクト構造を説明するための図である。 本発明の一実施例に係る、オーセチック特性を有するように構成された電極及び／又はインターコネクト構造を説明するための図である。 本発明の一実施例に係る、オーセチック特性を有するように構成された電極及び／又はインターコネクト構造を説明するための図である。 本発明の一実施例に係る、オーセチック特性を有するように構成された電極及び／又はインターコネクト構造を説明するための図である。 本発明の一実施例に係る、転写構造物を説明するための図である。 本発明の一実施例に係る、フレキシブルパッチ３０の製造過程を概略的に示した図である。 本発明の実施例に係る、型によって形成されるフレキシブルパッチを説明するための図である。 本発明の実施例に係る、型によって形成されるフレキシブルパッチを説明するための図である。 本発明の実施例に係る、型によって形成されるフレキシブルパッチを説明するための図である。 本発明の実施例に係る、型によって形成されるフレキシブルパッチを説明するための図である。 本発明の一実施例に係る、皮膚に貼り付けるフレキシブルパッチの貼付性を説明するための図である。 本発明の一実施例に係る、皮膚に貼り付けるフレキシブルパッチの貼付性を説明するための図である。 本発明の一実施例に係る、皮膚に貼り付けるフレキシブルパッチの貼付性を説明するための図である。 本発明の一実施例に係る、皮膚に貼り付けるフレキシブルパッチの貼付性を説明するための図である。 本発明の第２実施例に係る、スキンセンサの製造過程を概略的に示した概念図である。 本発明の第２実施例に係る、スキンセンサの製造過程を概略的に示した概念図である。 本発明の第３実施例に係る、スキンセンサの製造過程を概略的に示した概念図である。 本発明の第３実施例に係る、スキンセンサの製造過程を概略的に示した概念図である。 本発明の第３実施例に係る、スキンセンサの製造過程を概略的に示した概念図である。 本発明の第３実施例に係る、スキンセンサの製造過程を概略的に示した概念図である。 本発明の第３実施例に係る、スキンセンサの製造過程を概略的に示した概念図である。 本発明の第３実施例に係る、スキンセンサの製造過程を概略的に示した概念図である。 本発明の第３実施例に係る、スキンセンサの製造過程を概略的に示した概念図である。 本発明の第３実施例に係る、スキンセンサの製造過程を概略的に示した概念図である。 本発明の第４実施例に係る、スキンセンサの製造過程を概略的に示した概念図である。 本発明の第４実施例に係る、スキンセンサの製造過程を概略的に示した概念図である。 本発明の第４実施例に係る、スキンセンサの製造過程を概略的に示した概念図である。 本発明の第４実施例に係る、スキンセンサの製造過程を概略的に示した概念図である。 本発明の第４実施例に係る、スキンセンサの製造過程を概略的に示した概念図である。 本発明の第４実施例に係る、スキンセンサの製造過程を概略的に示した概念図である。 本発明の第４実施例に係る、スキンセンサの製造過程を概略的に示した概念図である。 本発明の第４実施例に係る、スキンセンサの製造過程を概略的に示した概念図である。 本発明の第４実施例に係る、スキンセンサの製造過程を概略的に示した概念図である。 本発明の第４実施例に係る、スキンセンサの製造過程を概略的に示した概念図である。 本発明の第４実施例に係る、スキンセンサの製造過程を概略的に示した概念図である。

第１、第２、及び第３といった用語は、多様な部分、成分、領域、層及び／又はセクションを説明するために用いられており、本発明がこれらに限定されない。これらの用語は、ある部分、成分、領域、層又はセクションを他の部分、成分、領域、層又はセクションと区別するためにのみ用いられる。よって、後述する第１部分、成分、領域、層又はセクションは、本発明の範囲を逸脱しない範囲内で第２部分、成分、領域、層又はセクションと呼ばれることがある。

ここで用いられる専門用語は、単に特定の実施例を言及するためのものであって、本発明を限定することを意図するものではない。ここで用いられる単数形の表現は、文脈上、明らかに別異に解されない限り、複数形の表現をも含む。明細書で用いられる「含む」は、特定の特性、領域、整数、ステップ、動作、要素及び／又は成分を具体化し、他の特性、領域、整数、ステップ、動作、要素及び／又は成分の存在や付加を除外することを意味するものではない。

また、図面に図示された一部分の他の部分に対する関係をより容易に説明するために、「下」、「上」などといった相対的な空間を表す用語が用いられることがある。このような用語は図面で意図した意味とともに使用中の装置の他の意味や動作を含むように意図される。例えば、図中の装置をひっくり返すと、他の部分の「下」にあると説明されたある部分は他の部分の「上」にあると説明される。従って、「下」という例示的な用語は、上下の方向をいずれも含む。装置は９０°回転又は他の角度に回転することができ、相対的な空間を表す用語もこれに応じて解釈されてよい。

ここで用いられる技術用語や科学用語を含むすべての用語は、特に定義されていない限り、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者にとって一般的に理解される意味と同じ意味を持つ。通常用いられる辞典に定義されている用語は、関連技術文献と現在開示された内容に符合する意味を持つものと解釈されるべきであり、本明細書において明らかに定義されていない限り、理想的または過度に公式的な意味に解釈されるものではない
本明細書において、皮膚に貼り付け可能な電子機器は、皮膚に貼り付け可能な基板；及び前記基板上に集積された半導体回路ユニットを含む。前記半導体回路ユニットは、活性層；絶縁層を含む半導体素子、そして電極及び／又はインタコネクターのような回路連結構成要素を含み、電子機器の機能を行う回路として動作する。前記電子機器はそれ自体で動作するか、又は外部装置に電気的に連結されて動作するように構成されてよい。一実施例において、皮膚に貼り付け可能な電子機器は、貼り付け対象の皮膚の情報を得ることができるスキンセンサであってよい。しかし、本発明の皮膚に貼り付け可能な電子機器に関連した説明はスキンセンサに制限されない。本発明の実施例によってセンサ以外の他の機能にて動作する電子機器（例えば、発光器）及びこれを製造することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施例について詳述する。

図１ａ乃至図１ｃは、本発明の実施例に係る、被験者の皮膚に貼り付けられた電子機器を概略的に示した図である。

図１ａを参照すると、本発明の実施例に係る電子機器１は被験者の皮膚に貼り付けられる。

一実施例において、電子機器１は、センサの機能を行うために動作する半導体回路ユニット１０、及び半導体回路ユニット１０が集積される基板としての、皮膚に貼り付け可能なフレキシブルパッチ３０を含む。

半導体回路ユニット１０は、半導体物質を含む半導体素子、及び電極及び／又は相互接続構成要素（例えば、インターコネクトなど）のような回路構成要素から構成される。

半導体回路ユニット１０の機能は、半導体素子及び／又は回路構成要素に依存する。一実施例において、半導体回路ユニット１０の活性層が圧電物質からなる場合、半導体回路ユニット１０は、活性層の形態変化に応じて電流の特性が変わる圧電素子回路として動作し、前記半導体回路ユニット１０を含む電子機器１は、皮膚の変形情報、さらには弾力情報を得るスキン変形センサとして動作することができる。このように電子機器１が圧電物質からなる構成要素を含む場合、半導体回路ユニット１０は変化感知構造物として動作する。これについては後で図２及び図３を参照して詳述する。

代案的に、半導体回路ユニット１０が光の変化に応答する物質を含む場合、電子機器１は、スキン光学センサ、又はスキンイメージセンサとして動作することができる。

代案的に、半導体回路ユニット１０が水分の変化に応答する物質を含む場合、電子機器１は、スキン水分センサとして動作することができる。

代案的に、半導体回路ユニット１０が発光可能な物質を含む場合、電子機器１は、スキン発光マッサージ器として動作することができる。

以下、説明の明瞭性のために、圧電物質を含むことで皮膚の変形を感知することができるセンサ回路ユニットとして半導体回路ユニット１０を例示して説明し（以下、半導体回路ユニット１０はセンサユニット回路１０とも呼ばれることがある）、前記センサユニット回路１０を含むスキンセンサとして電子機器１を例示して説明して（以下、電子機器１はスキンセンサ１とも呼ばれることがある）、本発明を例示的に説明する。

本発明の実施例によれば、皮膚に貼り付け可能なスキンセンサ１を製造することができる。スキンセンサ１は、皮膚に貼り付けられて皮膚に関する情報が得られるように構成されてよい。

一実施例に係るスキンセンサ１は、複数の通気性（ａｉｒ ｐｅｒｍｅａｂｌｅ）の貫通孔Ｈが形成されたフレキシブルパッチ３０と、フレキシブルパッチ３０に貼り合わされたセンサ回路ユニット１０を含む。

フレキシブルパッチ３０は、半導体回路ユニット１０が集積される基板であって、少なくとも一方の表面が皮膚に貼り付け可能な粘性を有するように構成される。また、フレキシブルパッチ３０は、複数の貫通孔を含み、高い通気性や強い貼付性を有するように構成される。これについては、後で図２及び図３を参照してより詳述する。

スキンセンサ１は、前記通気性の貫通孔Ｈ上に自立式（ｆｒｅｅ ｓｔａｎｄｉｎｇ）で設けられる。一実施例において、図１ａに示されたように、スキンセンサユニット１０の活性層が貫通孔上に位置する自立式（ｆｒｅｅ ｓｔａｎｄｉｎｇ）構造物から構成される。圧電物質である活性層が皮膚通気性のための貫通孔に自立式でぶら下げられているため、皮膚変形による貫通孔の変化を効率的に測定することができる。すなわち、スキンセンサ１の活性層は、機械的応力によって誘導される皮膚変形によって効果的に曲がることができる。

スキンセンサ１は、フレキシブルパッチ３０上に配置されたセンサ回路ユニット１０を含み、前記センサ回路ユニット１０は、回路構成要素（例えば、電極１１１及び／又はインターコネクト１１２）、絶縁層１１３、及び活性層１１５を含む。

一部の実施例において、センサ回路ユニット１０は、図１ｂ乃至図１ｃに示されたように、フレキシブルパッチ３０上に配置された回路構成要素（例えば、電極１１１及び／又はインターコネクト１１２）、回路構成要素上に配置された絶縁層１１３、及び絶縁層１１３上に配置された活性層１１５を含む。フレキシブルパッチ３０上に配置された構成要素１１１、１１２、１１３、１１５は、フレキシブルパッチ３０の貫通孔のうちの少なくとも一つに対応する貫通孔を有するように構成されてよい。これにより、電子機器１が強い貼付性を有することができ、且つ高い通気性を確保することができる。

他の一部の実施例において、センサ回路ユニット１０は、フレキシブルパッチ３０上に配置された活性層１１５、活性層１１５上に配置された絶縁層１１３、及び絶縁層１１３上に配置された回路構成要素を含む。このようなスキンセンサ１の動作原理については、後で図２を参照してより詳述する。

スキンセンサ１は、一つ以上の半導体回路ユニット１０を含んでよい。前記半導体回路ユニット１０は、同じ機能を行うように構成され、又は異なる個別的機能を行うように構成されてよい。

このようなスキンセンサ１は、長時間貼り付けられても被貼付者の皮膚に及ぼす影響を最小化しながら、半導体回路がフレキシブルパッチを介して皮膚に貼り付けられた状態で被貼付者の皮膚に関する種々の情報（例えば、皮膚弾力情報、皮膚変形情報など）が得られるように構成される。

図２ａ乃至図２ｃは、本発明の一実施例に係る、スキンセンサ１の動作原理を説明するための図である。

図２ａ乃至図２ｃを参照すると、本発明の一実施例に係るスキンセンサ１は、皮膚Ｔｓ、Ｔｄ上に着脱自在に貼り付けられてよい。前記皮膚は角質層Ｔｓと真皮層Ｔｄを含む。スキンセンサ１は、角質層Ｔｓの表面に密着される。皮膚の機械的変化は、貫通孔Ｈの変化を引き起こす。よって、貫通孔Ｈの変化が測定できれば、皮膚の機械的変化に関する情報を得ることができる。

皮膚の機械的変化は、皮膚膜のメカニズムに基づいて分析されてよい。皮膚は、略２０μｍまでは角質層で、略２ｍｍまでは表皮層と真皮層とから構成される。それによって、真皮層を基材とした場合、角質層は真皮層に対して略１／１００の割合で薄膜構造を有するようになる。そのため、皮膚が乾燥すると、相対的に薄膜形態である角質層の体積収縮が誘導される。

そして、乾燥が発生すると、初期では角質層の水分が減少して収縮していくが真皮層は相対的に乾燥され難いため、真皮層が角質層を引っ張ることで引張応力が発生するようになる。しかし、持続的に乾燥していくと角質層の弾性係数が増加し、角質層Ｔｓにクラックが発生して保護機能の損失をもたらすようになる。そして、クラックが発生すると、引張応力が減少してたるむようになる。

スキンセンサ１は、貫通孔Ｈ上に自立式で貼り付けられ、皮膚に当接した貫通孔Ｈの大きさの変化に応じて変化感知構造物上に加えられる圧力の変化を感知して皮膚変化を感知するように構成されてよい。

本明細書において皮膚変化率は、予め設定された区域の皮膚の最初長さをＬ０とし、ｔ時間後の長さをＬｔとして、次の数学式１のように定義することができる。
［数学式１］
変化率（％）＝長さの変化（Ｌｔ－Ｌ０）／最初長さＬ０×１００
すなわち、変化感知構造物（すなわち、活性層１１５）の長さの変化を算出することで皮膚変化率を定量的な数値にて提供することができる。

図２ａの状況（ａ）は、皮膚変化がなく何らの圧力が加えられていない場合を示す。図２の状況（ａ）において、貫通孔はｄ３の長さを有し得る。

図２ｂの状況（ｂ）は、時間が経過して水分を含む物質が皮膚から放出された場合を示す。図２ｂの状況（ｂ）において、時間が経過して水分を含む物質が皮膚から放出され、角質層が先に乾燥すると、角質層に引張応力Ｆ５、Ｆ６が発生するようになる。これにより、貫通孔の大きさが増加し、貫通孔上に配置された活性層１１５部分に引張応力が加えられる。貫通孔はｄ４の長さを有し得る。ｄ４はｄ３よりもその長さが長くなる。貫通孔の変化に応じて貫通孔上に配置された活性層１１５部分が変わるので、電流変化が発生する。そして、この場合、被験者に皮膚つっぱりが発生したと判断することができる。

図２ｃの状況（ｃ）は、持続的に乾燥が発生した場合を示す。持続的に乾燥が発生すると、角質層にクラックＣが発生し、貫通孔の大きさが状況（ｂ）に比べて減少する。これにより、貫通孔上に配置された活性層１１５の部分に加えられる引張応力が減少していき、この場合、ｄ５の長さを有し得る。ｄ５はｄ４よりもその長さが短くなる。

前記のような方式にて、貫通孔上に配置された活性層１１５部分に加えられる圧力によって皮膚変化量を測定することができる。

図３は、本発明の一実施例に係る、スキンセンサによって測定された、経時的な皮膚変形率を示すグラフである。

図２ａの状況（ａ）は図３のグラフにおいて露出開始時間に該当する。皮膚乾燥が始まると、図２ｂの状況（ｂ）では、角質層の乾燥によって引張応力が増加して持続的に皮膚変形が増加するようになる。

それから、角質層が形成される図２ｃの状況（ｃ）では、角質層にクラックが形成されるにつれて再び引張応力が減少することで、再び変形が初期状態と同一かそれと同等な状態に戻るようになる。

皮膚表面に貼り付けられたスキンセンサ１において、センサとして動作するセンサ回路ユニット１０は、フレキシブルパッチ３０上に位置する。すなわち、フレキシブルパッチ３０は、回路が集積される基板として用いられる。一般に用いられる回路基板と異なり、フレキシブルパッチ３０は柔らかくて（ｓｏｆｔ）、粘っこく（ｓｔｉｃｋｙ）構成される。そのため、単に基板上に回路構成要素を順次集積する工程によっては本発明に係るスキンセンサ１の製造は難しいという問題がある。

＜第１実施例＞
図４ａ乃至図４ｂは、本発明の第１実施例に係る、スキンセンサの製造過程を概略的に示した概念図である。

図４ａ及び図４ｂを参照すると、本発明の第１実施例に係るスキンセンサ１の製造方法は、基板１０１上に犠牲層１０５を形成するステップ（Ｓ４０１）；前記犠牲層１０５上にセンサ回路ユニット１０を形成するステップ（Ｓ４１０）であって、前記犠牲層１０５上に電極１１１及び／又はインターコネクト１１２を形成するステップ（Ｓ４１１）；前記電極及び／又はインターコネクト上に絶縁層１１３を形成するステップ（Ｓ４１３）；及び前記絶縁層１１３上に活性層１１５を形成するステップ（Ｓ４１５）を含み；前記センサ回路ユニット１０（すなわち、前記活性層１１５）とフレキシブルパッチ３０とを貼り合わせる（ｂｏｎｄｉｎｇ）ステップ（Ｓ４３０）；及びスキンセンサ１を製造するために犠牲層１０５をエッチングするステップ（Ｓ４５０）を含む。

基板１０１（又は第１基板と称する）は、センサ回路ユニット１０の内部層を積層するのに用いられる。すなわち、基板１０１は、電極１１１及び／又はインターコネクト１１２、活性層１１５などのようなセンサ回路ユニット１０の構成要素を形成するのに用いられる基板である。一例において、基板１０１はシリコン（Ｓｉ）からなり、基板１０１上に犠牲層１０５を形成してよい（Ｓ４０１）。

一方、犠牲層１０５は、有機溶媒（ｏｒｇａｎｉｃ ｓｏｌｖｅｎｔｓ）に対する耐性があり、且つフォトリソグラフィ（ｐｈｏｔｏ－ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）が可能な物質（例えば、金属）からなる。一実施例において、犠牲層１０５は、Ｃｒ、Ａｌ、Ｎｉ、Ａｕ、及びこれらの組み合わせのうちの一つ以上を含む物質からなってよい。

また、犠牲層１０５は、貼付性に係る一物質特性（例えば、標準酸化電位（ｓｔａｎｄａｒｄ ｏｘｉｄａｔｉｏｎ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ））及び／又は熱的安定性（ｔｈｅｒｍａｌ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ）に係る他の物質特性（例えば、融点（ｍｅｌｔｉｎｇ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ））に更に基づいて構成されてよい。この場合、犠牲層１０５は、種々の応力（ｓｔｒａｉｎ）に耐えるのに十分な強い貼付性や熱的安定性を有してよい。一部の実施例において、犠牲層１０５は、Ｃｒ、Ａｌ、Ｎｉ、及びこれらの組み合わせのうちの一つ以上を含む物質からなってよい。

前記犠牲層１０５上には、センサ回路ユニット１０として動作する半導体構造物が設けられる。

図５ａ乃至図５ｃは、本発明の第１実施例に係る、スキンセンサ１の製造過程で活性層が形成された半導体構造物の準備過程を示す断面図である。

図５ａを参照すると、犠牲層１０５上に電極１１１及び／又はインターコネクト１１２を含む伝導層を形成する（Ｓ４１１）。電極１１１及び／又はインターコネクト１１２は、（例えば、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）といった）伝導物質からなる回路構成要素であって、圧電素子として機能する活性層に基づく電流変化を伝達してスキンセンサ１として動作するようにする。

スキンセンサ１は、皮膚表面に応じて変形可能になるように構成され、また、着脱過程でスキンセンサ１の過度な変形に耐えられる強い耐久性を有するように構成される。これにより、電極１１１及び／又はインターコネクト１１２は、変形に強い構造を有して形成される。

図６ａ乃至図６ｅは、本発明の一実施例に係る、オーセチック特性を有するように構成された電極及び／又はインターコネクト構造を説明するための図である。

一実施例において、電極１１１及び／又はインターコネクト１１２は、オーセチック特性が具現可能な平面構造で犠牲層１０５上に形成される（Ｓ４１１）。

オーセチック構造（Ａｕｘｅｔｉｃ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）は、一般に、第１方向に引張力を受けるようになるとき、第１方向に直交する方向にその寸法が増大する構造のことを指す。例えば、オーセチック構造が、長さ、幅、及び厚さを有するとした場合、オーセチック構造が縦方向に引張力を受けているとき、その幅が増大する。また、オーセチック構造が縦方向に伸長するときにその長さと幅が増大し、横方向に伸長するときにその幅と長さが増大するが、その厚さは増大しない双方向性のものである。このようなオーセチック構造は負のポアソン比を有することを特徴とする。

ステップ（Ｓ４１１）にて、犠牲層１０５上に第１電極１１１Ａ及び第２電極１１１Ｂが形成される。図６ａを参照すると、第１電極及び第２電極１１１Ａ及び１１１Ｂは一つ以上のバーを含む。第１電極１１１Ａに含まれたバーは、平面がジグザグ（ｚｉｇｚａｇ）形態であって、向かい側の第２電極１１１Ｂへと延びる。第２電極１１１Ｂに含まれたバーも、平面がジグザグ形態であって、向かい側の第１電極１１１Ａへと延びる。各電極１１１Ａ及び１１１Ｂは、ジグザグ形態のバーを含むことで、オーセチック構造によって発生する特性（すなわち、オーセチック構造特性）を有することができる。

図６ｂを参照すると、一実施例において、前記バーは、該バーの延び方向が変わる地点に円形のカットヒンジ（ｃｕｔ ｈｉｎｇｅ）パターンを有するように構成されてよい。前記カットヒンジパターンは、クラック伝搬（ｃｒａｃｋ ｐｒｏｐａｇａｎｄａ）を防止することができる。

図６ｃに示されたように、インターコネクト１１２は、両端が円形であり、前記両端の円形を連結する中心部は両端の直径よりも小さい厚さの柱で構成された、亜鈴状の孔を形成するように構成される。また、インターコネクト１１２は、円形孔を形成するように構成される（亜鈴－孔パターン（Ｄｕｍｂｂｅｌｌ－ｈｏｌｅ ｐａｔｔｅｒｎ））。このような貫通孔が形成されたインターコネクト１１２は、オーセチック構造によって発生する特性（すなわち、オーセチック構造特性）を有することができる。

このようなオーセチック構造特性によって外部からの力がインターコネクト１１２に作用してインターコネクト１１２の形態が変形しても両端でのクラックの発生が最小化する。図６ｄを参照すると、クラックの発生する部位が亜鈴状の貫通孔を有する場合により少ないことが確認できる。

このようなオーセチック構造特性を有する電極１１１及び／又はインターコネクト１１２は、多様な方式によって犠牲層１０５上に形成されてよい。一例において、電極１１１及び／又はインターコネクト１１２は、伝導層を形成した後にオーセチック構造を形成するように構成された（例えば、図６ｅに示されたような）マスクを用いたフォトリソグラフィ基盤のエッチング工程によって形成されてよい。図６ｅのマスクにおいて暗い部分に対応する伝導層領域はインターコネクトとなり、明るい部分に対応する伝導層領域は貫通孔となる。

図５ｂを参照すると、電極１１１及び／又はインターコネクト１１２を形成してから、絶縁層１１３を形成する（Ｓ４１３）。絶縁層１１３は、シリコン（Ｓi）基板１１０の表面に形成された酸化物層（ＳｉＯ_２）であってよい。なお、これは例示的なものであって、絶縁層１１３は、シリコン酸化物以外の酸化物質からなってもよい。

一実施例において、絶縁層１１３は、通気性を確保するために複数の貫通孔を含んでよい。絶縁層１１３の貫通孔は、フレキシブルパッチ３０の貫通孔を通じて移動する空気の流れを邪魔しないようにフレキシブルパッチ３０の貫通孔とマッチングするように形成される。これにより、スキンセンサ１の通気性が極大化する。一部の実施例において、絶縁層１１３の貫通孔は、フォトリソグラフィ基盤のエッチング工程によって形成されてよい。

図５ｃを参照すると、活性層１１５は、絶縁層１１３上に形成されてよい（Ｓ４１５）。活性層１１５及び活性層１１５の形成過程については下の図７を参照してより詳述する。

図７は、本発明の一実施例に係る、転写構造物を説明するための図である。一実施例において、活性層１１５は、転写構造物によって転写されることで絶縁層１１３上に形成されてよい（Ｓ４１５）。

図７を参照すると、転写構造物は、基板７０１上に形成された構造物であって、基板７０１上に形成された金属層７１０；金属層７１０上に形成された活性層１１５；活性層１１５上に形成されたストレッサ層７３０；ストレッサ層７３０上に配置されたテープ層７５０を含む。

基板７０１（又は第２基板と称される）は、転写構造物を形成するのに用いられる基板であって、基板１０１とは異なるものである。基板７０１上には活性層１１５が形成される。一例において、基板７０１は、シリコン（Ｓi）を含む物質からなってよい。

一実施例において、活性層１１５は、基板７０１上に形成された金属層７１０上に形成されてよい。金属層７１０は、活性層１１５がより容易に転写されるように弱い接着力を有するようにして構成される。一例において、金属層７１０は、金（Ａｕ）を含む物質からなってよい。

活性層１１５は、半導体特性を有する物質からなる層であって、皮膚に貼り付け可能な電子機器１の主な機能を遂行する。皮膚に貼り付け可能な電子機器１がスキンセンサとして活用される場合、一実施例において、活性層１１５は、電子輸送特性に優れ、圧電物質として活用され得るＧａ、Ａｌを含む物質からなってよい。例えば、活性層１１５は、ＡｌＮ、又はＧａＮを含む物質からなってよい。

ストレッサ層７３０は、活性層１１５の物質に変形を加えて半導体特性を強化させる。例えば、ストレッサ層７３０によって圧電性能が強化され得る。また、活性層１１５が絶縁層１１３上に転写される過程でクラックの形成を最小化するように構成される。このために、ストレッサ層７３０は、多様な物質、多様な厚さを有する複数の層を含むマルチ層構造で形成されてよい。

一実施例において、ストレッサ層７３０は、３つの層（７３１乃至７３５）を含む。第１ストレッサ層７３１は、Ｎｉを含む物質（例えば、Ｎｉ、又はＡｇＮｉなど）からなる、高応力金属層であってよい。第２ストレッサ層７３３は、Ａｌを含む物質からなってよい。第３ストレッサ層７３５は、Ａｇを含む物質からなってよい。

第１ストレッサ層７３１は、物質に応じてその厚さが異なるように形成されてよい。例えば、第１ストレッサ層７３１がＮｉからなる場合、第１ストレッサ層７３１の厚さは５０ｎｍであってよい。一方、第１ストレッサ層７３１がＡｇＮｉからなる場合、第１ストレッサ層７３１の厚さは７０ｎｍであってよい。

各ストレッサ層毎に形成方式が同一であっても、又は異なってもよい。一例において、活性層１１５上に形成される第１ストレッサ層７３１は、蒸発（ｅｖａｐｏｒａｔｉｎｇ）によって形成されてよい。第１ストレッサ層７３１上に形成される第２ストレッサ層７３３及び第２ストレッサ層上に形成される第３ストレッサ層７３５は、スパッタリング蒸着（ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によって形成されてよい。各ストレッサ層の形成速度は互いに異なってよい。一例において、第２ストレッサ層７３３は１．８Å^－１、第３ストレッサ層７３５は２Åｓ^－１で形成されてよい。他の一例において、第２ストレッサ層７３３は０．４Åｓ^－１、第３ストレッサ層７３５は２Åｓ^－１で形成されてよい。

図７の転写構造物は、テープ層７５０によって基板７０１から剥離され、剥離された活性層１１５が絶縁層１１３上に転写される。その後、テープ層７５０とストレッサ層７３０を除去して、基板１０１、犠牲層１０５、電極１１１及び／又はインターコネクト１１２を含む伝導層；絶縁層１１３及び活性層１１５を含む積層体が形成される。

一実施例において、図５の転写構造物を用いた活性層１１５の転写は、略１６５℃の範囲内で行われてよい。この場合、活性層１１５上のテープ残渣（ｔａｐｅ ｒｅｓｉｄｕｅ）量が最小化する。

このように、高性能、単結晶の圧電半導体物質（ＡｌＮ、ＧａＮ）からなる活性層１１５は二次元の材料ベースの層転写（２ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ ｍａｔｅｒｉａｌ ｂａｓｅｄ Ｌａｙｅｒ Ｔｒａｎｓｆｅｒ、２ＤＬＴ）を用いて絶縁層１１３上に転写されてよい。

また、図４を参照すると、皮膚に貼り付けられる構成要素であるフレキシブルパッチ３０を半導体構造物の活性層１１５上に配置し、配置されたフレキシブルパッチ３０を活性層１１５と貼り合わせる（Ｓ４３０）。

図８は、本発明の一実施例に係る、フレキシブルパッチ３０の製造過程を概略的に示した図である。

図８を参照すると、フレキシブルパッチ３０の製造方法は、犠牲層を一方の表面に複数の凹溝が形成されている型上に形成するステップ（Ｓ８１０）；及びフレキシブルパッチ層を前記犠牲層上に形成するステップ（Ｓ８３０）;を含む。

堅い（ｒｉｇｉｄ）物質に対しては、図１ａ及び図１ｂに示されたような、マイクロ孔がパターニングされた表面のような幾何学的平面構造を形成するために湿式／乾式エッチング方式を用いる。しかし、相対的に柔らかいフレキシブル物質（例えば、ＰＤＭＳなど）は乾式／湿式エッチング方式を用いて幾何学的平面構造を形成しようとする場合、孔のように幾何学的平面構造をなしている形状が壊れるという問題がある。そこで、フレキシブル物質の一方の表面に複数の孔を形成するために、複数の凹溝が形成されている型８１０を用いる場合、孔の形状が壊れないフレキシブルパッチ層８３０を得ることができる。

型（ｍｏｌｄ）８１０は、溝が一方の表面に形成されていて幾何学的平面を有するように構成される。型８１０の幾何学的平面をなす溝の断面は、図８に示されたように、一方の表面の内方に凹み状に形成されている。流動性を有する任意の物質（例えば、フレキシブルパッチ層８３０を形成するのに用いられるフレキシブル物質などを含む）が型８１０上に形成される場合、前記任意の物質が溝を満たすようになる。前記任意の物質が硬化すると、満たされた溝に対応する高さの構造物が溝の内部に形成される。前記溝は、単一段差を有するように構成されても、又は一つ以上の段差を有するように構成されてもよい。

前記フレキシブルパッチ層８３０は、皮膚に貼り付け可能になるように貼付性のある物質層を含む。これにより、フレキシブルパッチ層８３０が型８１０の真上に形成される場合、フレキシブルパッチ層８３０を型８１０から分離するのが困難であり、この過程でフレキシブルパッチ層８３０に損傷が発生した場合、フレキシブルパッチ３０の品質が低下する恐れがある。これを克服するために、フレキシブル物質で型８１０の溝を満たす前に、フレキシブルパッチ層８３０と型８１０との貼着を防止するアンチ粘着層（ａｎｔｉ－ｓｔｉｃｋｙ ｌａｙｅｒ）機能を有する犠牲層８２０を型８１０とフレキシブルパッチ層８３０との間に形成する（Ｓ８１０）。犠牲層８２０を用いることで、フレキシブルパッチ層８３０を型８１０から損傷なしに分離することができ、高品質のフレキシブルパッチ３０を得ることができる。

前記型８１０は、エッチング溶液によってエッチングされず、一定の熱が加えられても形態を保持することができ、一定の硬度を有するように構成される。また、型８１０は非磁性物質からなる。一例において、シリコン（Ｓi）を含む物質からなってよいが、これに制限されず、下記の犠牲層８２０を除去する物質によって除去されず、特定の温度以上でも形状を保持することができ、型の製作が難しくない多様な物質からなってよい。

図９ａ乃至図９dは、本発明の実施例に係る、型の構造及び前記型によって形成されるフレキシブルパッチの複数の貫通孔を説明するための図である。

型８１０は、通気性や貼付性などのようなフレキシブルパッチ３０の特性を優れるものにする孔を生成させる、溝の形態、分布を有する。

一実施例において、型８１０の表面に形成されている溝は、複数の円形の貫通孔パターンを形成するように構成されてよい。例えば、フレキシブルパッチ３０に複数の孔を形成するために、枠が円形の溝が形成されている型８１０が用いられてよい。図９ａの型８１０を用いると、図９ｂの平面を有する貫通孔を含むフレキシブルパッチ３０を得ることができる。

一部の実施例において、型８１０に形成された溝は、フレキシブルパッチ３０の孔間の間隔が６０μｍ未満になるように分布してよい。例えば、溝の幅は６０μｍ未満で構成されてよい。汗腺口は配置された皮膚の位置に応じて多様な大きさを有する。例えば、汗腺口の面積は６０μｍ以上の直径を有し、平均して８０μｍの直径を有すると知られている。また、排出しなければならない老廃物の量、温度調節といった汗によって遂行される生物学的機能が皮膚の位置に応じて異なるため、身体部位に応じて異なる分布密度で配置されている。例えば、汗腺口は、背中部分では６０ｃｍ^－２、手の平では４００ｃｍ^－２、そして額では１８０ｃｍ^－２の密度で分布されている。

このような汗腺口の大きさ、面積情報に基づくとき、フレキシブルパッチ３０の孔間の間隔は、６０μｍ未満で形成される必要がある。孔間の間隔が６０μｍ以上であると、孔以外のフレキシブルパッチ３０の表面が汗腺口を遮断することがある。このため、孔間の間隔が６０μｍ未満のフレキシブルパッチ３０は、より高い通気性（例えば、ほぼ１００％の通気性）を得ることができる。一部の実施例において、孔間の間隔が５０μｍである貫通孔パターンを有するようにする型１０を用いてフレキシブルパッチ３０を製造してよい。

高い通気性を得るための主な要素は貫通孔間の間隔である。貫通孔の大きさは、貼付性や通気性の両方に影響を及ぼす。貫通孔の大きさが大きいほど空気と接触する皮膚面積が増加するが、逆に捕集される皮膚の体積が減るためである。本発明の実施例では、貫通孔の大きさが小さくても貫通孔間の間隔を減らすことで、高い通気性や強い貼付性を得ることができる。貫通孔の大きさは、貼付性を阻害しない範囲内で多様に設定されてよい。

また、型８１０の表面の溝は、フレキシブルパッチ３０上に集積される半導体回路の設計を考慮して形成される。一部の実施例において、型８１０の表面に形成されている溝は、複数の円形孔パターンを形成しながら、前記円形孔パターンは相対的に大きい直径を有する一つの円形孔、及び前記一つの円形孔を取り囲みながらより小さい直径を有する複数の円形孔の組み合わせを含んでよい。

例えば、フレキシブルパッチ３０上に圧電素子の一部が貫通孔上に配置され、前記圧電素子の変形による電流変化を測定及び伝達するように回路構成要素が配置された場合、主な変形が生じる圧電素子の部分は相対的に大きさの大きい貫通孔を形成し、残りの部分は相対的に大きさの小さい貫通孔を形成するように設定されてよい。この場合、圧電素子が配置される少数の貫通孔だけをその大きさを大きくし、フレキシブルパッチ３０において大半を占める残りの貫通孔は皮膚が捕集されるのに十分な小さい大きさを有するので、依然として強い貼付性を持つ。

また、フレキシブルパッチ３０は、オーセチック構造によって発生する特性（すなわち、オーセチック構造特性）を有するように形成されてよい。例えば、型８１０の溝は、フレキシブルパッチ３０に円形の貫通孔を形成するように構成され、また平面形状が亜鈴状（ｄｕｍｂｂｅｌｌ）である貫通孔を形成するように構成されてよい。

具体的に、両端は円形で前記両端の円形を連結する中心部は両端の直径よりも小さい厚さの柱から構成された、亜鈴状の孔と円形孔がフレキシブルパッチ３０に形成された場合（すなわち、亜鈴－孔パターン（Ｄｕｍｂｂｅｌｌ－ｈｏｌｅ ｐａｔｔｅｒｎ）の貫通孔が形成された場合）、このような貫通孔が形成されたフレキシブルパッチ３０はオーセチック構造特性を有し得る。すなわち、型８１０は、円形及び／又は亜鈴状の空き空間を取り囲む柱が形成されている構造から構成される。図９ｃの型８１０を用いると、図９ｄの平面を有する貫通孔を含むフレキシブルパッチ３０を得ることができる。

一実施例において、高い通気性を得るために孔間の間隔は、前述したように６０μｍ未満で形成されてよい。一例において、図９ｃに示されたように、一つの亜鈴貫通孔Ｈ_Ｃの連結部中心と他の一つの亜鈴貫通孔Ｈ_Ｃの一端との間の間隔は３５μｍであり、一つの亜鈴貫通孔Ｈ_Ｃの一端と他の一つの円形貫通孔Ｈ_Ｂとの間の間隔は２５μｍであってもよい。また、円形貫通孔Ｈ_Ｂの直径は５０μｍ、亜鈴貫通孔Ｈ_Ｃの一端の内部間隔は１００μｍであってよい。しかし、これは、単に例示的なものであって、フレキシブルパッチ３０の通気性、貼付性、及び耐久性などに基づいて多様に設定されてよい。

犠牲層８２０は、スピンコーティング方式によって図９ａの型８１０上に形成されてよい。

しかし、スピンコーティング方式が図９ｃの型８１０上に犠牲層８２０を形成するのに適用される場合、ＰＤＭＳパッチ層８３０を図９ｃの型８１０から分離することができず、（例えば、６０μｍ間隔のような）数十マイクロ単位の間隔で形成された孔を有するフレキシブルパッチ３０を製造することができない。図９ｃの型８１０が円形及び亜鈴状の貫通孔を形成するように構成されて、型８１０とＰＤＭＳパッチ層８３０との接触面積が図９ａの型８１０を用いる実施例に比べて増加し、また、図９ｃの型８１０内の溝の間隔が細くなってＰＭＭＡスピンコーティングが不均衡になるためである。

図９ｃのような型８１０上に犠牲層８２０を形成する場合、気化コーティング方式を用いて犠牲層８２０を図９ｃの型８１０上に形成する（Ｓ１３０）。一例において、気化コーティング方式はＳＡＭｓ（Ｓｅｌｆ－ａｓｓｅｍｂｌｅｄ ｍｏｎｏｌａｙｅｒ）であってよい。

このような過程によって、オーセチック構造特性に連関した幾何学平面を有する型８１０上に犠牲層８２０、及びフレキシブルパッチ層８３０を形成することができる（Ｓ８１０、Ｓ８３０）。その後、溝を超過したフレキシブルパッチ層８３０部分を除去した後（Ｓ８５０）、犠牲層８２０をエッチングしてオーセチック構造特性を有する幾何学平面を有するフレキシブルパッチ３０を得ることができる。

図９ｃの型８１０を用いて製造された図９ｄのフレキシブルパッチ３０は、貼り付け前後の皮膚水分変化量を比較すると約６％の水分変化を誘発する。すなわち、フレキシブルパッチ３０が貼り付けられても皮膚の水分損失がほとんど生じない。

再び図８を参照すると、犠牲層８２０は、ナノ単位乃至マイクロ単位の半導体素子を製造するのに使用可能な物質からなる。一実施例において、犠牲層８２０は、ＰＭＭＡ（Ｐｏｌｙ（ｍｅｔｈｙｌ ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ））を含む物質からなる。しかし、これに制限されず、犠牲層８２０は、ポリマーなどを含む物質からなってもよい。

一実施例において、犠牲層８２０は、スピンコーティング方式によって凹溝を有する型８１０の一方の表面上に形成される（Ｓ８１０）。犠牲層８２０は、型８１０とフレキシブルパッチ層８３０との貼り合わせを防止可能であり、且つステップ（Ｓ８７０）のエッチング溶液によって容易に除去可能な厚さで形成される。

フレキシブルパッチ層８３０は、皮膚の輪郭に応じてパッチの形態が変形可能な適応的接触（ｃｏｎｆｏｒｍａｂｌｅ ｃｏｎｔａｃｔ）が可能になるようにフレキシブル特性を持ち、且つ皮膚に貼り付け可能な貼付性を持つ物質からなる。一実施例において、フレキシブルパッチ層８３０は、皮膚と機械的特性が類似した弾性重合体からなってよい。一例において、フレキシブルパッチ層８３０は、ＰＤＭＳ（Ｐｏｌｙ－ｄｉｍｅｔｈｙｌｓｉｌｏｘａｎｅ）を含む物質からなってよい。

一部の実施例において、フレキシブルパッチ層８３０は、一定の厚さを有するように形成されてよい。フレキシブルパッチ層８３０の厚さが薄すぎる場合、皮膚に複数回繰り返し貼り付け可能な程度の耐久性が得られないことがある。一例において、フレキシブルパッチ層８３０は、７５μｍ以上の厚さを有するように形成されてよい。

フレキシブルパッチ層８３０が犠牲層８２０上に形成されるステップ（Ｓ８３０）において、フレキシブルパッチ層８３０をなすフレキシブル物質（例えば、ＰＤＭＳ）が溝内部を満たすようになる。フレキシブル物質は溝を満たし、さらには溝内部から溢れだすことがある。このように溝内部の体積よりも多くのフレキシブル物質が供給されフレキシブル物質が溝外部に溢れ出すと、フレキシブルパッチ層８３０の一部が型８１０の表面よりも高い位置に形成されることもある。

フレキシブル物質が溝に満たされることで、又は溢れ出すことで得られる、型８１０、犠牲層８２０及びフレキシブルパッチ層８３０を含む構造物は、例えば、鋳造物を完成する前に、型に鋳物を注いだ状態の構造物と類似したものである。以下、通常の技術者の理解を助けるために本明細書中でたびたび用いられる鋳物－型構造物は、図８のステップ（Ｓ８３０）で示されたように、フレキシブル物質が溝に満たされた、（又は溝から溢れだすように満たされた）、型８１０、犠牲層８２０及びフレキシブル物質を含む構造物のことを指し、フレキシブル物質の硬度は柔らかくても、堅くてもよい。

フレキシブルパッチ層８３０が形成された後、溝を超過した（すなわち、型８１０の表面よりも高い位置に形成された）フレキシブルパッチ層８３０を除去する（Ｓ８５０）。一実施例において、型８１０の溝を超過したフレキシブルパッチ層８３０部分（すなわち、超過表面）に板８５０を当接させ、板８５０及び／又はフレキシブルパッチ層８３０（すなわち、鋳物－型構造物）を擦って（ｒｕｂｂｉｎｇ）溝を超過した部分を除去する。

板８５０は、超過部分のフレキシブル物質を擦りつけて除去する、プラスタリングボード（ｐｌａｓｔｅｒｉｎｇ ｂｏａｒｄ）のような役割を遂行する。一実施例において、板８５０は基板８５１及び基板８５１上に形成された犠牲層８５２を含む。基板８５１は、擦る機能を遂行するのに適合した構造（例えば、平たい構造）、そして耐久性、及び強度を持っていてよい。また、前記基板８５１は、非磁性物質からなるものであってよい。一例において、基板８５１は、シリコン（Ｓi）を含む物質からなるものであってよい。

犠牲層８５２は、ステップ（Ｓ８７０）にてエッチング溶液によってエッチングされ得る物質からなってよい。一例において、犠牲層８５２は、犠牲層８２０と同じ物質（例えば、ＰＭＭＡ）を含んでよい。しかし、これに制限されず、ステップ（Ｓ８７０）にてエッチング溶液によってエッチングされてよく、溝を超過したフレキシブルパッチ層８３０部分と擦り合う過程で除去以後のフレキシブルパッチ層８３０の表面に発生し得る損傷を最小化する物質からなってもよい。

一実施例において、犠牲層８５２は、スピンコーティング方式によって基板８５１上に形成されてよいが、これに制限されず、多様なコーティング方式によって基板８５１上に形成されてよい。

ステップ（Ｓ８５０）の擦りつける工程は、超過部分をより効率的に除去するために、追加的な工程を更に含んでよい。

一実施例において、ステップ（Ｓ８５０）は、フレキシブルパッチ層８３０と板８５０との接触部分を加熱するステップを含んでよい。例えば、フレキシブルパッチ層８３０と板８５０との接触部分に７０℃以上の熱を加えて型の溝を超過する部分のフレキシブル物質をより効率的に除去することができる。

フレキシブルパッチ層８３０又は接触部分に熱が加えられると接触部分の強度が弱くなる（すなわち、柔らかい構造状態を持つ）。これにより、板８５０をフレキシブルパッチ層８３０（すなわち、鋳物－型構造物）に擦りつけると（又は鋳物－型構造物を板８５０に擦りつけると）、相対的な動きによって超過部分のフレキシブル物質が鋳物－型構造物の占める領域の外部に押し出される。例えば、石膏しっくいに支持板をおいてから擦りつけると、支持板の下の石膏しっくいが支持板の占める領域の外部に押し出されるのと類似している。結局、超過部分は次第に高さが低くなっていき、図８に示されたように、溝に満たされたフレキシブル物質の最上層は溝が形成された表面と面一になる。

一実施例において、ステップ（Ｓ８５０）は、接触過程でフレキシブルパッチ層８３０が板８５０の一方の表面上に配置されるように上下を反転する（ｆｌｉｐｐｉｎｇ）ステップを含んでよい。反転するステップが行なわれると、板８５０の一方の表面上にフレキシブルパッチ層８３０（すなわち、鋳物－型構造物）が配置される。前記実施例において、板８５０の面積は鋳物－型構造物の面積よりも大きくてよい。

このような配置状態で板８５０と鋳物－型構造物とを擦り合うと、鋳物－型構造物の動きによって超過部分のフレキシブル物質が鋳物－型構造物の占める領域の外部に押し出され、また鋳物－型構造物の側面に超過部分のフレキシブル物質が残留する確率が一層少なくなる。

また、ステップ（Ｓ８５０）は、フレキシブルパッチ層８３０と板８５０との間の接触部分に圧力を加えるステップを更に含んでよい。前記圧力は、図８に示されたように、磁石を用いて加えられてよい。一例において、磁石８６１と磁石８６２との間に鋳物－型構造物と板８５０とが接触した状態で配置されてよい。これにより、磁石８６１と磁石８６２との間の引力によって圧力が接触部分に加えられ得る。前述したように、鋳物－型構造物及び板８５０は非磁性物質からなるものであってよいため、磁石８６１と磁石８６２との間における引力の相互作用の発生に影響を及ぼさない。

これにより、鋳物－型構造物と板８５０とを擦り合った結果、超過部分の除去にかかる時間が短縮でき、除去工程の効率が向上できる。

ステップ（Ｓ８５０）の後、エッチング溶液を用いて犠牲層８２０をエッチングする（Ｓ８７０）。エッチングは、犠牲層８２０をエッチングしながら型８１０、フレキシブルパッチ層８３０をエッチングしないようにエッチング溶液の選択性（ｓｅｌｅｃｔｉｖｉｔｙ）を調節しながら行われる。一実施例において、犠牲層８２０のエッチングに用いられるエッチング溶液はアセトン（ａｃｅｔｏｎｅ）を含んでよい。

実験的な実施例において、溝を超過するフレキシブルパッチ層８３０の部分を除去した鋳物－型構造物をエッチング溶液に浸漬することで犠牲層８２０を除去し、型８１０と鋳物（すなわち、フレキシブルパッチ層８３０）とを分離する。分離されたフレキシブルパッチ層８３０は、型８１０の溝によって形成された複数の孔を含む。前記複数の孔は、ステップ（Ｓ８５０）にて溝内部のフレキシブル物質を型８１０の表面に一致させたため貫通状に形成される。その結果、図８に示されたように、複数の貫通孔を含むフレキシブルパッチ層８３０を得ることができ、前記複数の貫通孔を含むフレキシブルパッチ層８３０はフレキシブルパッチ３０として活用され得る。

鋳物－型構造物がエッチング溶液に浸漬されている時間は多様に設定されてよい。例えば、鋳物－型構造物のエッチング時間は、溝の厚さ（すなわち、フレキシブルパッチ３０の厚さ）、犠牲層８２０の厚さ、溝とフレキシブルパッチ層８３０とが当接する断面積などに応じて決められてよい。

また、ステップ（Ｓ８７０）にてより効率的なエッチング工程のためにエッチング溶液中の鋳物－型構造物は超音波処理が施されてもよい。

ステップ（Ｓ８１０乃至Ｓ８７０）によって製造されたフレキシブルパッチ３０は、マイクロ単位の厚さで製造されるにも拘わらず、複数の孔によって貼付性が増加できる。また、前記複数の孔は貫通状孔であって、フレキシブルパッチ３０が皮膚に貼り付けられても貼り付け部分の皮膚を外気と遮断しない。したがって、フレキシブルパッチ３０は、パッチの表面のみに（例えば、タコの吸盤、又はとかげの足裏のような）マイクロ構造を有するように表面処理して貼付性だけを良くし、通気性は相対的に劣る従来のスキンパッチとは異なり、通気性や貼付性をいずれも有することができる。

また、犠牲層８２０を用いてフレキシブルパッチ層８３０を型８１０から分離すると、フレキシブルパッチ層８３０に複数の孔（又は孔パターン）を生成し分離する過程で破れるといった損傷が発生しない。

前記フレキシブルパッチ３０は、皮膚への貼付性や通気性に非常に優れるので、スキンセンサのような、皮膚に貼り付け可能な多様な電子機器の製造に活用され得る。

更に、フレキシブルパッチ３０は、フレキシブルパッチ層８３０の成分、厚さなどのような物質特性によってより強い貼付性を有することができる。

図１０ａ乃至図１０ｄは、本発明の一実施例に係る、皮膚に貼り付けられるフレキシブルパッチ３０の貼付性を説明するための図である。

フレキシブルパッチ３０の貫通孔は、マイクロ単位であってフレキシブルパッチ３０の大きさに比べて非常に小さく、図１０では説明の明瞭性のために省略された。

図１０ａは、物体と表面との貼り付け原理を説明するための図である。

表面Ｓに接触する接触物体Ｐが表面Ｓに貼り付けられる能力は、可逆性（ｒｅｖｅｒｓｉｂｉｌｉｔｙ）と多元性（ｐｌｕｒｉｐｏｔｅｎｃｙ）の側面で互いに競争する、変形に対する構造的抵抗と界面相互作用との間の競争によって決まる。図１０ａに示されたように、表面が物体Ｐによって変形した場合、物体Ｐと表面Ｓとの間のエネルギーは、次の数学式２～５によって表され得る。
［数学式２］
Ｕ_{Ｔｏｔａｌ} ＝ Ｕ_{Ａｄｈｅｓｉｏｎ} ＋Ｕ_{Ｂｅｎｄｉｎｇ}
［数学式３］
Ｕ_{Ａｄｈｅｓｉｏｎ} ＝ －ＷｂＲ(２θ)
［数学式４］
Ｕ_{Ｂｅｎｄｉｎｇ} ＝＋ｂＤθ／１２Ｒ
［数学式５］
Ｄ＝Ｅｔ^３
ここで、Ｕ_{Ｔｏｔａｌ}は、総ポテンシャルエネルギーを示し、Ｕ_{Ａｄｈｅｓｉｏｎ}は、物体Ｐと表面Ｓとの間の貼り付けエネルギーを示し、Ｕ_{Ｂｅｎｄｉｎｇ}は物体Ｐによって変形した表面Ｓの抵抗に連関した曲げエネルギーを示す。ここで、貼り付けエネルギーと曲げエネルギーの符号は単に相互作用の方向を示すものであり、他の実施例では貼り付けエネルギーの符号を＋、曲げエネルギーの符号を－と示することもある。

また、Ｗは貼付仕事（ｗｏｒｋ ｏｆ ａｄｈｅｓｉｏｎ、単位はＮｍ－１）、ｂは表面に貼り付けられる物体Ｐの長さ、Ｒは曲率、θは物体Ｐと表面Ｓとの間の接する部分の中心から接する部分が終わる地点までの角度である接触角（ｃｏｎｔａｃｔ ａｎｇｌｅ）をそれぞれ示す。Ｄは、物体Ｐに対する屈曲強度（ｆｌｅｘｕｒａｌ ｒｉｇｉｄｉｔｙ）であって、物体Ｐの弾性係数（Ｙｏｕｎｇ’ｓ ｍｏｄｕｌｕｓ）と物体の厚さによって決められる。

フレキシブルパッチ３０の貼付性をより単純に説明するために、単一層（ｍｏｎｏ－ｌａｙｅｒ）構造のフレキシブルパッチ３０が皮膚表面に貼り付けられる場合を図１０ａを参照して説明する。

フレキシブルパッチ３０が皮膚表面に貼り付けられる場合を図１０ａに適用すると、表面Ｓは皮膚表面に相当し、物体Ｐは貫通孔が形成されたフレキシブルパッチ層８３０を含むフレキシブルパッチ３０に相当する。したがって、フレキシブルパッチ３０に対する屈曲強度Ｄは、フレキシブルパッチ層８３０の弾性係数Ｅ、そしてフレキシブルパッチ層８３０の厚さｔによって決められる。

貼り付けエネルギーが曲げエネルギー以上になってはじめてパッチ３０と皮膚表面との貼り付けが可能になる。貼り付けエネルギーが曲げエネルギー未満であると、パッチ３０は皮膚表面から脱離する。貼り付けの可否を決めるしきい貼付仕事（Ｗ_ｃ、ｃｒｉｔｉｃａｌ ｗｏｒｋ ｏｆ ａｄｈｅｓｉｏｎ）は、次の数学式６によって決められる。

［数学式６］

数学式６をＷ_ｃにてまとめると、物体と表面との貼り付けが保持されるしきい貼付仕事Ｗ_ｃは、Ｗ_ｃ＝Ｄ／（２４Ｒ^２）にて求められる。フレキシブルパッチ３０と皮膚表面との貼付仕事Ｗがしきい貼付仕事Ｗ_ｃ以上であると、フレキシブルパッチ３０の皮膚表面への適応的接触（ｃｏｎｆｏｒｍａｌ ｃｏｎｔａｃｔ）が可能になる。一方、フレキシブルパッチ３０と皮膚表面との貼付仕事Ｗがしきい貼付仕事Ｗ_ｃ未満であると、フレキシブルパッチ３０が皮膚表面に貼り付けられない。よって、フレキシブルパッチ３０と皮膚表面との貼り付けが可能になるためには、しきい貼付仕事Ｗ_ｃの大きさが小さく、及び／又はフレキシブルパッチ３０と皮膚表面との貼付仕事Ｗの大きさが大きくなる必要がある。

数学式５を参照すると、パッチ３０が弾性係数の大きい物質（例えば、堅い物質）から構成される場合、及び／又は厚さが厚い場合に高い屈曲強度Ｄを有する。よって、フレキシブルパッチ３０の屈曲強度Ｄが減少する場合及び／又は皮膚表面とフレキシブルパッチ３０との貼付仕事が大きい場合にフレキシブルパッチ３０を皮膚表面上に安定して貼り付けることができる。

したがって、フレキシブルパッチ３０の弾性係数Ｅが低い場合、フレキシブルパッチ３０の厚さが薄い場合にフレキシブルパッチ３０を皮膚表面上に安定して貼り付けることができる。

また、フレキシブルパッチ３０と皮膚表面との貼り付けエネルギーが大きいほどフレキシブルパッチ３０の貼付性が強まる。数学式２を参照すると、皮膚表面とフレキシブルパッチ３０との貼り付けエネルギーは貼付仕事Ｗに依存する。フレキシブルパッチ３０と皮膚表面との貼付仕事Ｗは、次の数学式７で表される。

［数学式７］

ここで、γ_ｄは接触表面の分散成分（ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｏｆ ｓｕｒｆａｃｅ）、γ_ｐは接触表面の極性成分（ｐｏｌａｒ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｏｆ ｓｕｒｆａｃｅ）を示す。γ_{ｄＳｋｉｎ}は皮膚の接触表面の分散成分、γ_{ｄＰａｔｃｈ}はパッチ３０の接触表面の分散成分を示し、γ_{ｐＳｋｉｎ}は皮膚の接触表面の極性成分、γ_{ｐＰａｔｃｈ}はパッチ３０の接触表面の極性成分を示す。フレキシブルパッチ３０は前記数学式７に基づいて構成される。

前述したように、フレキシブルパッチ３０は、スキンセンサの製造のために活用され得る。マイクロ厚さ範囲でマイクロ単位のマイクロ素子を支持するのに十分な例示的な弾性係数１ＭＰａを有するＰＤＭＳパッチ３０を皮膚に貼り付けできる。皮膚表面のγ_ｄ、γ_ｐは部位別に異なるが、前記した変数の最大、最小範囲は、次の表１のように知られている。

前記表１のデータを前記数学式７に適用すると、皮膚とＰＤＭＳパッチ３０との貼付仕事Ｗは、次のように概略的に求められる：３１≦Ｗ≦５４ｍＪｍ^－２。弾性係数１ＭＰａを有するＰＤＭＳパッチ３０の厚さがあらゆる皮膚に対して貼り付けられるためには、貼付仕事が最も低い皮膚表面（Ｓｋｉｎ Ｍｉｎ）にも貼り付け可能になる必要がある。このため、前記ＰＤＭＳパッチ３０はＷ_ｃ＝３１の値を有しなければならない。よって、ＰＤＭＳパッチ３０は約８０μｍの厚さで形成されてはじめて前記しきい貼付仕事Ｗ_ｃの条件を満たす。このため、１ＭＰａの単一のフレキシブルパッチ３０の厚さは、８０μｍ未満で製造されると皮膚表面への適合性貼り付け（ｃｏｎｆｏｒｍａｌ ａｄｈｅｓｉｏｎ）が可能になる。

一部の実施例において、１ＭＰａよりも低い弾性係数を有する単一のフレキシブルパッチ３０が８０μｍ未満の厚さを有すると、一層強い貼付性を有することができる。他の一部の実施例において、１ＭＰａよりも低い弾性係数を有するフレキシブルパッチ３０の一層は８０μｍ以上の厚さでも皮膚表面への適合性貼り付けが可能になる。例えば、皮膚表面に貼り付けられる一層の厚さが１００μｍの場合でも皮膚に貼り付けできる。

前述したように、屈曲強度Ｄはフレキシブルパッチ３０の貼付能力に連関し、且つフレキシブルパッチ３０の形状保持能力に連関する。前記数学式５及び数学式６を参照すると、フレキシブルパッチ３０の弾性係数Ｅが低い場合、フレキシブルパッチ３０の厚さが薄い場合にフレキシブルパッチ３０を皮膚表面上に安定して貼り付けることができる。

しかし、貼付性のみを考慮してフレキシブルパッチ３０の厚さを過度に薄くしたり、弾性係数を過度に低くしたりしてフレキシブルパッチ３０を形成すると、ハンドリングが難しい。具体的に、フレキシブルパッチ３０の屈曲強度が低すぎると、フレキシブルパッチ３０に曲げが発生してハンドリングし難くなり、且つフレキシブルパッチ３０の形状を一定に保持し難くなる。そのため、フレキシブルパッチ３０の屈曲強度が低すぎると、フレキシブルパッチ３０上に他の構成要素を集積するのに困難がある。

これを克服するために、皮膚に貼り付けられる部分は相対的に低い屈曲強度を有し、皮膚に貼り付けられず高い貼付性の必要性が相対的に落ちる他の構成要素が集積される部分は曲げが発生することなく形状が保持されるのに十分な屈曲強度を有するようにフレキシブルパッチ３０が構成されてよい。例えば、フレキシブルパッチ３０は、より強い貼付性を有し、且つ他の構成要素（例えば、電極、半導体素子、インターレクションなどを含む）を支持するのに十分な屈曲強度を有するように、一つ以上の層から構成されてよい。このようなフレキシブルパッチ３０を製造するために、犠牲層８２０上に形成されるフレキシブルパッチ層８３０は、一つ以上のサブ層を含んでよい。

図１０ｂは、本発明の一実施例に係る、弾性係数が互いに異なるバイレイヤー構造のフレキシブルパッチ３０を説明するための図である。

一実施例において、バイレイヤー構造を有するフレキシブルパッチ３０は、強度（ｒｉｇｉｄｉｔｙ）が異なる二つのサブ層（図１０ｂの第１フレキシブル層８３１、及び第２フレキシブル層１３３）を含んでよい。

ここで、皮膚に貼り付けられる第１フレキシブル層８３１は、皮膚に貼り付けられない第２フレキシブル層８３２の屈曲強度Ｄ２よりも低い屈曲強度Ｄ１を有する。例えば、第１フレキシブル層８３１は、皮膚表面に対する適合性貼付を可能にするために低い弾性係数（例えば、０．０４Ｍｐａ）を有するように構成されてよい。

一方、第２フレキシブル層８３２は、フレキシブルパッチ３０上に集積される半導体回路などを支持しながら、フレキシブルパッチ３０の曲げを適宜制御してハンドリングを容易にするためにより堅く構成される。

図１０ｂに示されたように、第１フレキシブル層８３１は０．０４ＭＰａの弾性係数Ｅ１を有し、第２フレキシブル層８３２は１ＭＰａの弾性係数Ｅ２を有することで、第１フレキシブル層８３１の方がよりフレキシブルに形成されてよい。

一実施例において、フレキシブルパッチ層８３０は、プレポリマー（ｐｒｅ－ｐｏｌｙｍｅｒ）及び硬化剤（ｃｕｒｉｎｇ ａｇｅｎｔ）を含む第１フレキシブル層８３１及び第２フレキシブル層８３２を含んでよい。ここで、前記第２フレキシブル層８３２は、第１フレキシブル層８３１の硬化剤の割合よりも高い硬化剤の割合を有するように構成されてよい。一例において、第１フレキシブル層８３１は、プレポリマー（ｐｒｅ－ｐｏｌｙｍｅｒ）と硬化剤との割合が４０：１となっていてよく、第２フレキシブル層８３２は、プレポリマーと硬化剤との割合が１０：１となっていてよい。このような硬化剤の割合の差によって第１フレキシブル層８３１と第２フレキシブル層８３２の屈曲強度Ｄが異なるように決められる。

このような構成物質の差によって、第１フレキシブル層８３１は、第２フレキシブル層８３２に比べて相対的に柔らかくて（ｓｏｆｔ）、粘っこく（ｓｔｉｃｋｙ）構成され、フレキシブルパッチ３０の皮膚への貼り付けを可能にする。相対的に堅い第２フレキシブル層８３２は、フレキシブルパッチ３０がスキンセンサなどを製造するために用いられる場合、マイクロ単位の素子を集積するための支持体（例えば、基板）の役割を遂行する。

また、第１フレキシブル層８３１及び第２フレキシブル層８３２の厚さは互いに異なるように形成されてよい。前述した数学式５を再び参照すると、屈曲強度Ｄは、弾性係数Ｅ及び厚さに依存して決められる。

図１０ｃは、本発明の第１実施例に係る、厚さが互いに異なるバイレイヤー構造のフレキシブルパッチ３０を説明するための図であり、図１０ｄは、本発明の第１実施例に係る、バイレイヤー構造の厚さに応じたフレキシブルパッチの特性を示すグラフを図示した図である。

図１０ｃに示されたように、皮膚表面上にバイレイヤー構造のフレキシブルパッチ３０が貼り付けられた場合、一般的に曲面構造を有する皮膚表面の特徴により、貼り付けられたフレキシブルパッチ３０は伸びるようになる。伸びたフレキシブルパッチ３０には伸びる前の状態に戻ろうとする復元力Ｆ_ｒｅｔが適用される。前記復元力Ｆ_ｒｅｔは、次の数学式８のように分析され得る。前記フレキシブルパッチ３０の第１フレキシブル層８３１及び第２フレキシブル層８３２は、同じ物質（例えば、ＰＤＭＳ）から構成された場合、同じ引張応力σ及び引張変形率εを有し得る。
［数学式８］
Ｆ_ｒｅｔ＝Ｆ_１＋Ｆ_２＝ｗε(ｔ_１Ｅ_１＋ｔ_２Ｅ_２)

ここで、Ｆ_１は皮膚に貼り付けられた第１フレキシブル層８３１、Ｆ_２は皮膚に貼り付けられた第２フレキシブル層８３２に適用されるそれぞれの復元力を示す。ｔ_１は第１フレキシブル層８３１の厚さ、ｔ_２は第２フレキシブル層８３２の厚さを示す。

バイレイヤー構造のフレキシブルパッチ３０の全弾性係数Ｅ_ｅｑは、次の数学式９で表され得る。

［数学式９］

一例において、０．０４ＭＰａの弾性係数をもって皮膚に貼り付けられ第１フレキシブル層８３１が１００μｍの厚さで形成された場合、フレキシブルパッチ３０の有効弾性係数（ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｅｌａｓｔｉｃ ｍｏｄｕｌｕｓ）、及び屈折強度（Ｆｌｅｘｕｒａｌ ｒｉｇｉｄｉｔｙ）、そしてフレキシブルパッチ３０と皮膚表面とのしきい貼付仕事のグラフは、前記数学式９によって求められてよく、その結果は図１０ｄに示すとおりである。

バイレイヤー構造のフレキシブルパッチ３０に含まれた第１フレキシブル層８３１及び第２フレキシブル層８３２は、前記数学式９を参照して、フレキシブルパッチ３０が活用される製造物（例えば、スキンセンサ）の機能に適合した厚さ及び弾性係数を有するように形成されてよい。

前述したバイレイヤー構造のフレキシブルパッチ層８３０についての説明は、単に例示的なことであって、本発明のフレキシブルパッチ層８３０がバイレイヤー構造に限定解釈されることではない。他の実施例において、フレキシブルパッチ層８３０は、モノレイヤー、トリプルレイヤー構造で形成されてもよい。一例において、フレキシブルパッチ層８３０は、第２フレキシブル層８３２のみを含むモノレイヤー構造で形成されてよい。他の一例において、フレキシブルパッチ層８３０は柔らかい二つの第１フレキシブル層の間に位置した堅い第２フレキシブル層を含むトリプルレイヤー構造で形成されてよい。トリプルレイヤー構造のフレキシブルパッチ層８３０は、厚さが互いに異なる二つの第１フレキシブル層を含んでもよい。例えば、皮膚に貼り付けられる部分の第１フレキシブル層は１０μｍの厚さで形成され、反対側の第１フレキシブル層は１００μｍの厚さで形成されてもよい。

また、マイクロ単位でマイクロ素子を支持する弾性係数として開示された１ＭＰａは、単に例示的なことであって、フレキシブルパッチ３０に含まれた第２フレキシブル層８３２は、他の弾性係数を有してもよい。

このように、フレキシブルパッチ３０は、犠牲層８２０を用いて製造されることで、マイクロ単位厚さのフレキシブルパッチ層８３０を得る過程で損傷が発生することなく高い耐久性を有することができる。

再び図４を参照すると、第１基板１０１、犠牲層１０５、及びセンサ回路ユニット１０を形成した後、フレキシブルパッチ３０をセンサ回路ユニット１０の活性層１１５に貼り合わせてよい（Ｓ４３０）。貼り合わせは、通常のウエハ（ｗａｆｅｒ）貼り合わせ技法によって行われてよい。一実施例において、図８の製造過程によって製造されたフレキシブルパッチ３０と活性層１１５との貼り合わせのために、半導体構造物及びフレキシブルパッチ３０に対しプラズマ処理（例えば、Ｏ２プラズマ処理（ｐｌａｓｍａ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ））を施して半導体構造物及びフレキシブルパッチ３０の貼り合わせ表面を活性化することができる。

一部の実施例において、フレキシブルパッチ３０がより粘っこい層及びより堅い層から構成されたバイレイヤー構造のものである場合、フレキシブルパッチ３０の貼り合わせ表面は、より堅い層の一方の面であってよい。他の一部の実施例において、フレキシブルパッチ３０が二つのより粘っこい表面及び一つのより堅い表面から構成されたトリプルレイヤー構造のものである場合、フレキシブルパッチ３０の貼り合わせ表面はより粘っこい層のうちのいずれかの一方の面であってよい。

また、プラズマ処理の前に図５ｄの半導体構造物上に（例えば、ＳｉＯ２のような）絶縁層を更に形成してよい。一部の実施例において、貼り合わせのために、フレキシブルパッチ及び半導体構造物に圧力を更に加えてもよい。

その後、プラズマ処理によって表面が活性化されたフレキシブルパッチ３０を半導体構造物上に配置し、フレキシブルパッチ３０を半導体構造物（すなわち、活性層１１５）と貼り合わせる（Ｓ４３０）。

そして、エッチングのような過程を経て犠牲層１０５を除去し、フレキシブルパッチ３０を皮膚に貼り付けられる柔軟性の貼り付け基板として有し、前記柔軟性の貼り付け基板上に集積されたセンサ回路ユニット１０を含むスキンセンサ１を得ることができる（Ｓ４５０）。

エッチングは、犠牲層１０５をエッチングしながらスキンセンサ１の構成要素（センサ回路ユニット１０及びフレキシブルパッチ３０を含む）をエッチングしないように、エッチング溶液の選択性（ｓｅｌｅｃｔｉｖｉｔｙ）を調節しながら行われる。犠牲層１０５のエッチングに用いられるエッチング溶液はアセトン（ａｃｅｔｏｎｅ）を含んでよい。

前記貼り合わせ過程（Ｓ４３０）は、スキンセンサ１の通気性を極大化するために、スキンセンサ１の構成要素間の配置に更に基づいて行われてよい。

スキンセンサ１の構成要素は、スキンセンサの動作原理に基づいて配置されてよい。図２を参照して前述したように、皮膚の変形を感知するためのスキンセンサ１を製造するための場合、フレキシブルパッチ３０は、活性層１１５の一部がフレキシブルパッチ３０のフレキシブル物質と接しないように貫通孔が活性層１１５上に配置される（Ｓ４３０）。一例において、図２を参照して前述したように、前記フレキシブルパッチの複数の貫通孔と前記絶縁層の複数の貫通孔とが平面上マッチングするように、前記フレキシブルパッチが前記活性層上に配置される。これにより、空中に位置した活性層１１５の変形結果を最大に得ることができる。

また、フレキシブルパッチ３０は、活性層１１５下の構成要素に更に基づいて配置される。一実施例において、スキンセンサ１を製造するために、電極１１１の一部（例えば、電極１１１Ａ及び １１１Ｂに含まれた延長バー）又は全部の上に絶縁層１１３の貫通孔Ｈ１が配置され、前記絶縁層１１３の貫通孔Ｈ上に活性層１１５が配置され、前記活性層１１５上にフレキシブルパッチ３０の貫通孔Ｈ２が配置されてよい。ここで、絶縁層１１３の貫通孔Ｈ１は、図２ｂに示されたように、フレキシブルパッチ３０の貫通孔Ｈ２と斜影部分がマッチングするように配置されてよい。このような配置構造によって、スキンセンサ１は、活性層１１５の動作に基づいて皮膚情報を効果的に得ることができ、且つスキンセンサ１の高い通気性を確保することができる。

更に、フレキシブルパッチ３０を半導体構造物上に（すなわち、活性層１１５上に）配置するために、フレキシブルパッチ３０を配列用ガラス（Ａｌｉｇｎ ｇｌａｓｓ）上に配置してよい。フレキシブルパッチ３０は、柔軟な特性上、その表面が平らではないことがある。フレキシブルパッチ３０の貼付性は皮膚貼り付け表面が平らであるほど増加する。したがって、ルーラーを用いて配列用ガラス上にフレキシブルパッチ３０の断面が平らになるように配置した後、フレキシブルパッチ３０を半導体構造物上に転写し、配列用ガラスを除去して表面が平らなフレキシブルパッチ３０を有するスキンセンサ１を製造することができる。これにより、スキンセンサ１の貼付性を極大化することができる。

このように電子機器の半導体素子が圧電物質を含む場合、電子機器は皮膚に貼り付けられて皮膚の変形及び／又は弾力情報を得ることができるスキンセンサとして活用され得る。前述した過程を経て製造されたスキンセンサ１は、皮膚に貼り付けられた状態でセンサとして動作することができる。変形が感知される圧電物質は相対的に大きい貫通孔上に配置され、スキンセンサは皮膚の生理学的挙動による皮膚変形情報をより効率的に得ることができる。

また、本発明の多様な実施例に係るスキンセンサ１は、皮膚つっぱりの測定にも用いることができるだけでなく、皮膚の弾力の測定に活用することができる。

＜第２実施例＞
図１１ａ乃至図１１ｂは、本発明の第２実施例に係る、スキンセンサの製造過程を概略的に示した概念図である。

図４及び図１１を参照すると、本発明の第２実施例に係るスキンセンサの製造方法は、図４の第１実施例に係るスキンセンサの製造方法と相当部分類似しているため、相違点を主に説明する。

図４に示されたように、センサ回路ユニット１０の活性層１１５は、センサ回路ユニット１０の構成要素のうちのフレキシブルパッチ３０と最も近く位置するように形成される。

しかし、他の実施例において、センサ回路ユニット１０の活性層１１５は、センサ回路ユニット１０の構成要素のうちのフレキシブルパッチ３０と最も遠く位置するように形成されてよい。すなわち、図１ｂ及び図１ｃのスキンセンサ１を製造することができる。

第２実施例に係る皮膚に貼り付け可能なスキンセンサ１を製造する方法は、第１実施例と同様に、基板１０１上に犠牲層１０５を形成するステップ（Ｓ１１０１）；センサ回路ユニット１０を犠牲層１０５上に形成するステップ（Ｓ１１１０）；センサ回路ユニット１０と貫通孔を含むフレキシブルパッチ３０を貼り合わせるステップ（Ｓ１１３０）；及びスキンセンサ１を製造するために犠牲層１０５をエッチングするステップ（Ｓ１１５０）を含む。

前記実施例において、センサ回路ユニット１０を犠牲層１０５上に形成するステップ（Ｓ１１１０）は、犠牲層１０５上に活性層１１５を形成するステップ（Ｓ１１１１）；活性層１１５上に絶縁層１１３を形成するステップ（Ｓ１１１３）；及び絶縁層１１３上に電極１１１及び／又はインターコネクト１１２を形成するステップ（Ｓ１１１５）を含んでよい。

このように、スキンセンサ１は、活性層１１５がスキンセンサ１の最上段に位置するように製造されてよい。第２実施例によって製造されたスキンセンサ１は、回路構成要素（すなわち、電極１１１及び／又はインターコネクト１１２）と活性層１１５の位置が入れ替えされただけであり、残りの構造は同一である。したがって、図１１のスキンセンサ１の動作原理は、図２のスキンセンサ１の動作原理と同等であり、詳しい説明は省略する。

前述した実施例に係る皮膚に貼り付け可能な電子機器を製造する方法は、半導体素子を形成する過程と複数の貫通孔を含むフレキシブルパッチ３０を製造する過程とが分離されている。しかし、本発明の他の実施例によれば、第１実施例又は第２実施例の電子機器を一体型（ａｌｌ－ｉｎ－ｏｎｅ）工程によって製造してもよい。

＜第３実施例＞
図１２ａ乃至図１２ｈは、本発明の第３実施例に係る、スキンセンサの製造過程を概略的に示した概念図である。

図４及び図１２を参照すると、本発明の第３実施例に係るスキンセンサの製造方法は、図４の第１実施例に係るスキンセンサの製造方法と相当部分類似しているため、相違点を主に説明する。

第２実施例に係るスキンセンサの製造方法によれば、第１実施例と同様な構造を有するスキンセンサ１が製造できる。しかし、図１２を参照すると、本発明の第３実施例に係るスキンセンサ１の製造方法は、フレキシブルパッチ３０を製造する過程とセンサ回路ユニット１０を含む半導体構造物を製造する過程とが分離されていない、一体型（ａｌｌ－ｉｎ ｏｎｅ）製造過程から構成される。すなわち、フレキシブルパッチ３０の製造過程と半導体構造物の製造過程とが分離されている第１実施例のスキンセンサ１の製造方法とは区別される。

図１２ａ乃至図１２ｈを参照すると、第３実施例において、皮膚に貼り付け可能なスキンセンサ１を製造する方法は、基板１０１上に犠牲層１０５を形成するステップ（Ｓ１２０１）；前記犠牲層１０５上にセンサ回路ユニット１０を形成するステップ（Ｓ１２１０）であって、電極１１１及び／又はインターコネクト１１２を犠牲層１０５上に形成するステップ（Ｓ１２１１）；前記電極及び／又はインターコネクト上に絶縁層１１３を形成するステップ（Ｓ１２１３）；及び前記絶縁層１１３上に活性層１１５を形成するステップ（Ｓ１２１５）を含む。また、フレキシブルパッチ層８３０を前記センサ回路ユニット１０上に（すなわち、前記活性層１１５上に）形成するステップ（Ｓ１２３０）；複数の貫通孔を形成するために型８１０をフレキシブルパッチ層８３０に当接するステップ（Ｓ１２４０）；スキンセンサ１を製造するために犠牲層１０５をエッチングするステップ（Ｓ１２５０）；及び型８１０を除去するステップ（Ｓ１２７０）を含む。

このように、第３実施例のスキンセンサ１の製造方法によって製造されたスキンセンサ１は、柔軟性の貼り付け基板であるフレキシブルパッチ３０上にすべての回路素子と相互接続部分を形成したモノリシック（ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ）電子機器に該当する。第３実施例のスキンセンサ１の製造方法では、小型化、軽量化した電子機器を生成することができ、且つ電子機器の集積度と信頼度が高まり、大量生産が可能であるためコストが低廉であるという長所がある。

図１２ａを参照すると、一実施例において、犠牲層１０５は、フォトリソグラフィ、エッチング溶液の選択性（ｅｔｃｈｉｎｇ ｓｅｌｅｃｔｉｖｉｔｙ）、熱的安定性（ｔｈｅｒｍａｌ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ）などを考慮して形成される。一例において、犠牲層１０５は、Ｃｒ、Ａｌ、Ｎｉ、Ａｕ、及びこれらの組み合わせのうちの一つ以上を含む物質からなってよい。一部の実施例において、犠牲層１０５は、コストを考慮して更に形成されてよい。この場合、犠牲層１０５は、例えばＣｒ、Ａｌ、Ｎｉ、及びこれらの組み合わせのうちの一つ以上を含む物質からなってよい。

ステップ（Ｓ１２１０）にて、前記金属犠牲層１０５上に多結晶の活性層１１５などを含むセンサ回路ユニット１０（すなわち、多結晶の半導体構造物）を蒸着する。一実施例において、電極１１１及びインターコネクト１１２、絶縁層１１３、及び（例えば、センシング物質として動作する）活性層１１５が順次犠牲層１０５上に形成される。

一例において、多結晶の活性層１１５は、第１実施例と同様に、ストレッサを用いた転写によって形成されてよい。

他の一例において、前記多結晶の半導体物質は基板に関係なく成長することができるので、犠牲層１０５上に直接成長して形成される。例えば、多結晶の活性層１１５は、スパッタリング、蒸発（ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ）のようなＰＶＤ（ｐｈｙｓｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）方式、又は低圧ＣＶＤ（Ｌｏｗ－ｐｒｅｓｓｕｒｅ ＣＶＤ）、プラズマ増強ＣＶＤ（Ｐｌａｓｍａ－ｅｎｈａｎｃｅｄ ＣＶＤ）などのようなＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）方式によって直接蒸着して形成されてもよい。一部の例において、多結晶の活性層１１５の成長は、５００℃以下の温度で行われてよい。

一例において、各層は、図１２ｃに示されたように、通気性の確保のために絶縁層１１３はフレキシブルパッチ３０の貫通孔に対応する貫通孔を有するように形成される。

ステップ（Ｓ１２０１及びＳ１２１０）は、フォトリソグラフィ基盤のエッチング工程によって行われる。

その後、センサ回路ユニット１０上にフレキシブルパッチ層８３０を形成する（Ｓ１２３０）。前記フレキシブルパッチ層８３０は、貫通孔が形成されていないフレキシブルパッチ３０である。フレキシブルパッチ層８３０は、センサ回路ユニット１０上に直接形成される（Ｓ１２３０）。フレキシブルパッチ層８３０を形成する過程及びフレキシブルパッチ層の成分、構造、厚さなどは、図８及び図１０を参照して前述したところ、詳しい説明は省略する。

フレキシブルパッチ層８３０を形成した後、フレキシブルパッチ層８３０に貫通孔を形成してよい。

ステップ（Ｓ１２４０）にて、貫通孔の形成は、ソフトリソグラフィ基盤の工程によって行われてよい。一例において、貫通孔の形成は、マイクロ型（ｍｉｃｒｏｍｏｌｄｉｎｇ）を用いたソフトリソグラフィ工程によって行われてよい。

具体的に、一実施例において、貫通孔を形成するために型８１０をフレキシブルパッチ層８３０に当接する（Ｓ１２４０）。型８１０は、図９ａ及び図９ｃに示された平面形態を有する溝構造で構成されたものであってよい。型８１０の溝の深さはセンサ回路ユニット１０（すなわち、活性層１１５）からフレキシブルパッチ層８３０までの厚さ以上の深さを有してよい。

前記型８１０は、貫通孔を形成するためにセンサ回路ユニット１０（すなわち、活性層１１５）まで到逹するようにフレキシブルパッチ層８３０と当接する。すなわち、型８１０は柔らかい物質にはんこを押すのと類似している。型８１０がフレキシブルパッチ層８３０に当接すると、フレキシブルパッチ層８３０に貫通孔を形成するように溝の枠部分がフレキシブルパッチ層８３０を貫通する。

ステップ（Ｓ１２４０）にて、型８１０の溝の枠領域がフレキシブルパッチ層８３０をより容易に貫通するように、フレキシブルパッチ層８３０を加熱する過程が更に行われてよい。

図１２では、活性層１１５が配置される貫通孔だけが形成される型８１０を示しているが、これは単に説明の明瞭性のためのことである。ステップ（Ｓ１２４０）では、通気性を強化するために一つ以上の貫通孔を形成し得る型８１０を用いてよい。

ステップ（１２４０）にて、貫通孔は、自立式スキンセンサ１を製造するために形成されてよい。すなわち、型８１０によって形成される貫通孔のうちの少なくとも一つは、図２を参照して説明したように、電極１１１のジグザグのバー上に配置される。

一実施例において、貫通孔は、型８１０に含まれた一つ以上のキー穴（ｋｅｙ ｈｏｌｅ）及び半導体構造物に含まれた一つ以上の配列キー（ａｌｉｇｎｍｅｎｔ ｋｅｙ）に基づいて電極１１１の一部の上に形成される。これにより、スキンセンサ１が自立式構造を有することができる。第２実施例に係る製造方法によって製造されたスキンセンサ１の構造は、第１実施例のスキンセンサ１の構造と同一であるので、同一の動作原理によって皮膚情報を得ることができる。

前記実施例において、型８１０は一つ以上のキー穴（ｋｅｙ ｈｏｌｅ）を含んでよい。前記キー穴は、スキンセンサ１の通気性のためのフレキシブルパッチ３０の貫通孔とは異なる貫通孔であって、図１２に示されてあように異なる平面（例えば、十字架）で構成されてよい。

前記実施例において、型８１０のキー穴にマッチングされる一つ以上のキーが半導体構造物にステップ（Ｓ１０４０）以前に形成されてよい。一実施例において、キー穴の孔の形態にマッチングされる平面形態を有する、一つ以上のキーがステップ（Ｓ１２１１）で形成されてよい。前記一つ以上のキーは、電極１１１及び／又はインターコネクト１１２をなす物質と同一の物質、及び／又は同一の方式によって形成されてよい。

ステップ（Ｓ１２４０）で貫通孔を形成するように型８１０とフレキシブルパッチ層８３０とが当接した後、犠牲層１０５をエッチングする（Ｓ１２５０）。犠牲層１０５の除去の後、型８１０を除去してスキンセンサ１を製造する。

このように、第２実施例に係る製造方法では、基板１０１上にフォトグラフィーを用いて半導体回路を形成し、その上に直接ソフトリソグラフィを用いて皮膚の通気性を阻害しない生体適合した（ｂｉｏｃｏｍｐａｔｉｂｌｅ）ＰＤＭＳパッチ３０を形成してスキンセンサ１を製造することができる。これにより、半導体回路（すなわち、センサ回路ユニット１０）及びフレキシブルパッチをそれぞれ別に作製した後に貼り合わせる必要がないため工程の複雑性が減少し、且つ高い素子転写利得（ｄｅｖｉｃｅ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｙｉｅｌｄ）を得ることができる。

＜第４実施例＞
図１３ａ乃至図１３ｋは、本発明の第４実施例に係る、スキンセンサの製造過程を概略的に示した概念図である。

図１２及び図１３を参照すると、本発明の第４実施例に係るスキンセンサの製造方法は、図１２の第３実施例に係るスキンセンサの製造方法と相当部分類似しているため、製造過程については第３実施例との相違点を主に説明する。

第４実施例に係るスキンセンサの製造方法によれば、第２実施例と同一の構造を有するスキンセンサ１が製造できる。すなわち、図１ｂ及び図１ｃに示されたスキンセンサ１が製造できる。

本発明の第４実施例に係るスキンセンサ１の製造方法は、フレキシブルパッチ３０を製造する過程とセンサ回路ユニット１０を含む半導体構造物を製造する過程とが分離されていない、一体型（ａｌｌ－ｉｎ ｏｎｅ）製造過程から構成される。すなわち、フレキシブルパッチ３０の製造過程と半導体構造物の製造過程とが分離された第２実施例のスキンセンサ１の製造方法と区別される。

第４実施例において、皮膚に貼り付け可能なスキンセンサ１を製造する方法は、基板１０１上に犠牲層１０５を形成するステップ（Ｓ１３０１）；センサ回路ユニット１０を形成するステップ（Ｓ１３１０）；センサ回路ユニット１０上にフレキシブルパッチ層８３０を形成するステップ（Ｓ１３３０）；複数の貫通孔を形成するために型８１０をフレキシブルパッチ層８３０に当接するステップ（Ｓ１３４０）；スキンセンサ１を製造するために犠牲層１０５をエッチングするステップ（Ｓ１３５０）；及び型８１０を除去するステップ（Ｓ１３７０）を含む。

一方、第４実施例のスキンセンサ１は、その構造が第２実施例のスキンセンサ１と同一である。したがって、第４実施例のセンサ回路ユニット１０は、犠牲層１０５を形成した後に活性層１１５、絶縁層１１３及び回路構成要素（電極１１１及び／又はインターコネクト１１２）の順に積層される（Ｓ１３１０）。すなわち、ステップ（Ｓ１３１０）は、活性層１１５を形成するステップ（Ｓ１３１１）；活性層１１５上に絶縁層１１３を形成するステップ（Ｓ１３１３）；及び絶縁層１１３上に電極１１１及び／又はインターコネクト１１２を形成するステップ（Ｓ１３１５）を含む。

第４実施例によれば、単結晶構造からなる活性層１１５を用いてスキンセンサ１を製造することができる。単結晶物質は、金属犠牲層１０５上に直接成長させることができない。

単結晶の半導体物質を成長させるためには、単結晶半導体と同一又は類似の基板、及び最小７００℃以上の温度が必要となる。そのため、単結晶の活性層１１５を金属犠牲層１０５に直接形成する代わりに、ストレッサを用いる２ＤＬＴストレッサ転写を行って活性層１１５を金属犠牲層１０５上に形成する。

具体的に、図１３ｃに示されたように、先ず、犠牲層１０５上にポリアミド層１０９を形成し（Ｓ１３０９）、２ＤＬＴ工程で引き離した単結晶の薄膜（すなわち、活性層１１５）をポリアミド層１０９に転写して活性層１１５を形成する過程が追加される（Ｓ１３１１）。

一実施例において、ポリアミド層１０９は、ポリアミド（ｐｏｌｙａｍｉｄｅ）を含む物質からなってよい。例えば、ポリアミド層１０９は、種々のフィラー（ｆｉｌｌｅｒ）が含まれたコンパウンド状のものであって、未硬化構造（ｕｎｃｕｒｅｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）で形成されてよい。

また、ステップ（Ｓ１３１１）は、活性層１１５の幅がフレキシブルパッチ３０の貫通孔の幅よりも小さくなるように活性層１１５をパターニングするステップを更に含む。図１３ｃで形成された活性層１１５の幅はパターニングによって図１３ｄに示されたように減少するようになる。

次いで、図１３ｅに示されたように、フレキシブルパッチ３０の貫通孔にマッチングする貫通孔を有する絶縁層１１３が形成される。すると、図１３ｋに示されたように、パターニングされた活性層１１５上に絶縁層１１３及びフレキシブルパッチ３０を貫通する貫通孔が形成できる。図５ｂを参照して前述したように、絶縁層１１３の貫通孔が、フレキシブルパッチ３０の貫通孔を通じて移動する空気の流れを妨害しないようにフレキシブルパッチ３０の貫通孔とマッチングして形成されるためである。

ステップ（Ｓ１３１１）にて、活性層１１５；ストレッサ層７３０及びテープ層７５０を含む転写構造物を用いて活性層１１５をポリアミド層１０９上に転写する。その後、活性層１１５を除くストレッサ層７３０及びテープ層７５０を除去してポリアミド層１０９上に活性層１１５だけを位置させる。転写構造物を用いた活性層１１５の形成は、図７を参照して説明した内容と類似しているので、詳しい説明は省略する。

また、第４実施例に係るスキンセンサ１の製造方法は、ポリアミド層１０９を除去するステップ（Ｓ１３６０）を更に含む。一実施例において、ポリアミド層１０９は、（例えば、Ｏ２プラズマエッチングを含む）プラズマエッチングによって除去される。

以上のように、本発明の実施例によれば、皮膚に貼り付け可能な電子機器１を得ることができる。前記電子機器１は、半導体回路ユニット１０の形成過程とフレキシブルパッチ３０の形成過程とが分離された工程によっても製造でき、又は一体型工程によって半導体回路ユニット１０とフレキシブルパッチ３０を含む電子機器１を得ることができる。

以上、図面に図示された実施例を参考にして本発明を説明してきたが、これらの実施例は例示的なものに過ぎず、当該分野における通常の知識を有する者であれば該実施例から種々の変形が可能である点が理解できるはずである。なお、かかる変形は本発明の技術的保護範囲内にあるとみるべきである。よって、本発明の真正な技術的保護範囲は、添付の特許請求の範囲の技術的思想によって決められるべきである。

本発明の実施例に係る電子機器は皮膚と機械的性質が類似し、貫通孔を有することで強い貼付性や高い通気性を有するフレキシブルパッチ上に形成される。このような電子機器はスキンセンサのような皮膚に貼り付けられる多様な電子機器として活用でき、ヘルスケア分野、ビューティー分野のような皮膚関連の電子機器が活用できる多様な技術分野で限りなく利用され得る。

一実施例において、前記第１フレキシブル層の厚さｔ _１ 及び第２フレキシブル層の厚さｔ _２ は、次の数学式に基づいて決められる。

前記式中、ｔはフレキシブルパッチの厚さ、Ｅ _１ は第１フレキシブル層の弾性係数、Ｅ _２ は第２フレキシブル層の弾性係数、Ｒは皮膚に貼り付けられたフレキシブルパッチの曲率、γ_{ｄＳｋｉｎ}は皮膚の接触表面の分散成分、γ_{ｄＰａｔｃｈ}はパッチの接触表面の分散成分を示し、γ_{ｐＳｋｉｎ}は皮膚の接触表面の極性成分、γ_{ｐＰａｔｃｈ}はパッチの接触表面の極性成分を示す。

図１０ｂに示されたように、第１フレキシブル層８３１は０．０４ＭＰａの弾性係数Ｅ _１ を有し、第２フレキシブル層８３２は１ＭＰａの弾性係数Ｅ _２ を有することで、第１フレキシブル層８３１の方がよりフレキシブルに形成されてよい。

Claims (33)

1. 半導体回路ユニット - 該半導体回路ユニットは、電極及びインターコネクトのうちの一つ以上を含む回路素子；並びに、絶縁層及び活性層を含む半導体素子、を含む；
   及び
   複数の貫通孔を含む、皮膚に貼り付け可能になるように構成されたフレキシブルパッチ
   を含み、
   前記絶縁層は、前記フレキシブルパッチの複数の貫通孔に対応する複数の貫通孔を含むことを特徴とする、皮膚に貼り付け可能な電子機器。
2. 前記複数の貫通孔は、円形の貫通孔を含み、前記複数の貫通孔間の間隔は６０μｍ未満であることを特徴とする、請求項１に記載の皮膚に貼り付け可能な電子機器。
3. 前記複数の貫通孔は、亜鈴状の貫通孔を更に含むことを特徴とする、請求項２に記載の皮膚に貼り付け可能な電子機器。
4. 前記複数の貫通孔は、第１直径を有する第１貫通孔及び第２直径を有する第２貫通孔の組み合わせを含み、
   前記第１直径は、第２直径よりも大きく、前記第２貫通孔は、第１貫通孔の周囲に位置することを特徴とする、請求項２に記載の皮膚に貼り付け可能な電子機器。
5. 前記フレキシブルパッチの複数の貫通孔と前記絶縁層の複数の貫通孔とが平面上マッチングするように、前記フレキシブルパッチが前記活性層上に配置されることを特徴とする、請求項１に記載の皮膚に貼り付け可能な電子機器。
6. 前記活性層は、ＡｌＮ又はＧａＮを含む物質からなることを特徴とする、請求項１に記載の皮膚に貼り付け可能な電子機器。
7. 前記回路素子は、第１電極及び前記第１電極の向かい側に位置した第２電極を含み、
   前記第１電極は、一つ以上の第１バーを含み、
   前記第２電極は、一つ以上の第２バーを含み、
   前記第１バーは、該第１バーの平面がジグザグ（ｚｉｇｚＡｇ）形態であって、前記第２電極に向かって延び、前記第２バーは、該第２バーの平面がジグザグ形態であって、前記第１電極に向かって延びることを特徴とする、請求項１に記載の皮膚に貼り付け可能な電子機器。
8. 前記第１バー又は第２バーのジグザグ形態は、バーの延び方向が変わる地点に位置したヒンジパターンを含むことを特徴とする、請求項１に記載の皮膚に貼り付け可能な電子機器。
9. 前記フレキシブルパッチは、第１弾性係数を有する第１フレキシブル層及び第２弾性係数を有する第２フレキシブル層を含み、
   前記第１弾性係数は、第２弾性係数よりも低いことを特徴とする、請求項１に記載の皮膚に貼り付け可能な電子機器。
10. 前記第１フレキシブル層の厚さｔ１及び第２フレキシブル層の厚さｔ２は、次の数学式に基づいて決められ、
    ［数学式］
    

    

    
    前記式中、ｔはフレキシブルパッチの厚さ、Ｅ１は第１フレキシブル層の弾性係数、Ｅ２は第２フレキシブル層の弾性係数、Ｒは皮膚に貼り付けられたフレキシブルパッチの曲率、γ_{ｄＳｋｉｎ}は皮膚の接触表面の分散成分、γ_{ｄＰａｔｃｈ}はパッチの接触表面の分散成分を示し、γ_{ｐＳｋｉｎ}は皮膚の接触表面の極性成分、γ_{ｐＰａｔｃｈ}はパッチの接触表面の極性成分を示すことを特徴とする、請求項９に記載の皮膚に貼り付け可能な電子機器。
11. 第１基板上に犠牲層を形成するステップ；
    前記犠牲層上に半導体素子及び回路素子を含む半導体回路ユニットを形成するステップ；
    複数の貫通孔を含むフレキシブルパッチを前記半導体回路上に貼り合わせるステップ；
    及び
    前記半導体回路ユニット及びフレキシブルパッチを含む電子機器を製造するために前記犠牲層をエッチングするステップ
    を含む、皮膚に貼り付け可能な電子機器を製造する方法。
12. 前記半導体回路ユニットを形成するステップは、
    回路素子を前記犠牲層上に形成するステップ - 該回路素子は電極及びインターコネクトのうちの一つ以上を含む；
    絶縁層を前記回路素子上に形成するステップ - 該絶縁層は前記フレキシブルパッチの複数の貫通孔に対応する複数の貫通孔を有するように形成される；
    及び
    活性層を前記絶縁層上に形成するステップ;
    を含むことを特徴とする、請求項１１に記載の皮膚に貼り付け可能な電子機器を製造する方法。
13. 前記活性層を形成するステップは、
    第２基板上に活性層を形成するステップ；
    前記活性層上にストレッサ層を形成するステップ；
    前記ストレッサ層にテープを配置するステップ；
    前記テープを利用して前記第２基板から前記活性層及びストレッサ層を剥離するステップ；
    剥離された活性層及びストレッサ層を前記絶縁層上に転写するステップ - 剥離された活性層が前記絶縁層上に転写される；
    及び
    前記テープを利用して前記活性層から前記ストレッサ層を剥離するステップ
    を含む、請求項１１に記載の皮膚に貼り付け可能な電子機器を製造する方法。
14. 前記ストレッサ層は複数の層からなり、
    前記ストレッサ層を形成するステップは、
    蒸発（ｅｖａｐｏｒａｔｉｎｇ）によって前記活性層上に第１ストレッサ層を形成するステップ；
    スパッタリング蒸着によって前記第１ストレッサ層上に第２ストレッサ層を形成するステップ；及び
    スパッタリング蒸着によって前記第２ストレッサ層上に第３ストレッサ層を形成するステップを含む、請求項１３に記載の皮膚に貼り付け可能な電子機器を製造する方法。
15. 前記第２ストレッサ層は、Ａｌを含む物質からなり、
    前記第３ストレッサ層は、Ｎｉを含む物質からなることを特徴とする、請求項１４に記載の皮膚に貼り付け可能な電子機器を製造する方法。
16. 前記第１ストレッサ層は、Ｎｉ又はＡｇＮｉを含む物質からなることを特徴とする、請求項１５に記載の皮膚に貼り付け可能な電子機器を製造する方法。
17. 前記貼り合わせるステップは、前記フレキシブルパッチ及び半導体回路ユニット間に圧力を加えるステップを更に含む、請求項１１に記載の皮膚に貼り付け可能な電子機器を製造する方法。
18. 貼り合わせの前に前記半導体回路ユニット及びフレキシブルパッチをプラズマ処理（ｐｌａｓｍａ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ）するステップを更に含む、請求項１１に記載の皮膚に貼り付け可能な電子機器を製造する方法。
19. 前記貼り合わせるステップは、
    前記フレキシブルパッチの複数の貫通孔と前記絶縁層の複数の貫通孔とが平面上マッチングするように、前記フレキシブルパッチが前記活性層上に配置されることを特徴とする、請求項１１に記載の皮膚に貼り付け可能な電子機器を製造する方法。
20. 前記犠牲層は、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｌ、及びこれらの組み合わせのうちのいずれか一つの物質からなることを特徴とする、請求項１１に記載の皮膚に貼り付け可能な電子機器を製造する方法。
21. 前記半導体回路ユニットを形成するステップは、
    活性層を前記犠牲層上に形成するステップ；
    絶縁層を前記活性層上に形成するステップ；
    及び
    回路素子を前記絶縁層上に形成するステップ - 該回路素子は電極及びインターコネクトのうちの一つ以上を含む;
    を含むことを特徴とする、請求項１１に記載の皮膚に貼り付け可能な電子機器を製造する方法。
22. 第１基板上に犠牲層を形成するステップ；
    回路素子及び半導体素子を含む半導体回路ユニットを前記犠牲層上に形成するステップ；
    フレキシブルパッチ層を前記半導体回路ユニット上に形成するステップ；
    複数の貫通孔を形成させる溝を含む型をフレキシブルパッチ層に接触するステップ - 該溝を除く型部分は前記フレキシブルパッチ層を貫通する；
    及び
    電子機器を製造するために前記犠牲層をエッチングするステップ
    を含む、皮膚に貼り付け可能な電子機器を製造する方法。
23. 前記半導体回路ユニットを前記犠牲層上に形成するステップは、
    回路素子を前記犠牲層上に形成するステップ - 該回路素子は電極及びインターコネクトのうちの一つ以上を含む；
    絶縁層を前記回路素子上に形成するステップ - 該絶縁層は前記型によって形成されたフレキシブルパッチ層の複数の貫通孔に対応する複数の貫通孔を含む；
    及び
    活性層を前記絶縁層上に形成するステップ
    を含む、請求項２２に記載の皮膚に貼り付け可能な電子機器を製造する方法。
24. 前記半導体回路ユニットを前記犠牲層上に形成するステップは、
    活性層を前記犠牲層上に形成するステップ；
    絶縁層を前記活性層上に形成するステップ - 該絶縁層は前記型によって形成されたフレキシブルパッチ層の複数の貫通孔に対応する複数の貫通孔を含む；
    及び
    回路素子を前記絶縁層上に形成するステップ - 該回路素子は電極及びインターコネクトのうちの一つ以上を含む;
    を含む、請求項２２に記載の皮膚に貼り付け可能な電子機器を製造する方法。
25. 活性層を形成する前に、ポリアミド層を前記犠牲層上に形成するステップ；及び
    前記型をフレキシブルパッチ層に接触した後に、前記ポリアミド層を除去するステップを更に含む、請求項２４に記載の皮膚に貼り付け可能な電子機器を製造する方法。
26. 前記活性層を形成するステップは、
    転写構造物を利用して前記活性層を前記ポリアミド層上に形成するステップを含む、請求項２５に記載の皮膚に貼り付け可能な電子機器を製造する方法。
27. 前記活性層の幅が前記型によって形成される貫通孔の幅よりも小さくなるように活性層をパターニングするステップを更に含む、請求項２４に記載の皮膚に貼り付け可能な電子機器を製造する方法。
28. 前記複数の溝を含む型をフレキシブルパッチ層に接触するステップは、
    前記フレキシブルパッチ層を加熱するステップを含む、請求項２１に記載の皮膚に貼り付け可能な電子機器を製造する方法。
29. 前記型の表面には、複数の円形貫通孔及び複数の亜鈴状の貫通孔、並びにこれらの組み合わせを形成可能な溝が形成されたことを特徴とする、請求項２１に記載の皮膚に貼り付け可能な電子機器を製造する方法。
30. 前記型の表面には、複数の円形貫通孔及び複数の亜鈴状の貫通孔を形成可能な溝が形成されたことを特徴とする、請求項２１に記載の皮膚に貼り付け可能な電子機器を製造する方法。
31. 貫通する型の整列のために一つ以上の配列キー（ａｌｉｇｎｍｅｎｔ ｋｅｙ）を形成するステップを更に含み、
    前記配列キーは高さを有するように構成され、
    前記型は、前記配列キーの平面に対応する一つ以上のキー穴を更に含むことを特徴とする、請求項２１に記載の皮膚に貼り付け可能な電子機器を製造する方法。
32. 前記貫通孔を形成する溝の幅は、６０μｍ未満であることを特徴とする、請求項２１に記載の皮膚に貼り付け可能な電子機器を製造する方法。
33. 前記フレキシブルパッチ層を形成するステップは、
    第３弾性係数を有する第３フレキシブル層を前記半導体回路ユニット上に形成するステップ；
    及び
    第４弾性係数を有する第４フレキシブル層を前記第３フレキシブル層上に形成するステップ
    を含み、
    前記第４弾性係数は、前記第３弾性係数よりも低いことを特徴とする、請求項２１に記載の皮膚に貼り付け可能な電子機器を製造する方法。

Images