KR100735295B1 - 폴리머 필름을 이용한 플렉서블 촉각센서 제조방법 - Google Patents

폴리머 필름을 이용한 플렉서블 촉각센서 제조방법 Download PDF

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    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means

Abstract

본 발명은 플렉서블 촉각센서 제조방법에 관한 것으로서, 적어도 일부영역이 센싱영역으로 정의되는 폴리머계 멤브레인지지층을 마련하는 단계와, 상기 멤브레인지지층 일면 중 상기 센싱영역에 대응하는 영역 상에 서로 대향하여 배열되도록 복수개의 금속 스트레인 게이지를 형성하는 단계와, 상기 멤브레인지지층 상에 상기 복수개의 스트레인 게이지 중 일부 스트레인 게이지에 각각 연결되도록 제1 금속배선을 형성하는 단계와, 상기 멤브레인지지층 상에 제1 감광성 폴리머층을 형성하는 단계와, 상기 제1 감광성 폴리머층 상에 상기 복수개의 스트레인 게이지 중 다른 일부 스트레인 게이지 또는 제1 금속배선에 각각 연결되도록 제2 금속배선을 형성하는 단계와, 상기 제2 금속배선을 보호하기 위한 제2 감광섬 폴리머층을 형성하는 단계와, 상기 멤브레인지지층의 타면 중 상기 센싱영역에 대응하는 영역에 캐비티를 형성하는 단계를 포함하는 촉각센서 제조방법을 제공한다.
촉각센서(tactile sensor), 감광성 폴리머(photo-definable polymer), 폴리이미드(polyimide)

Description

폴리머 필름을 이용한 플렉서블 촉각센서 제조방법{FABRICATION METHOD OF FLEXIBLE TACTILE SENSOR USING POLYMER FILM}
도1a은 통상적인 3축 힘성분 기반형 촉각센서장치의 평면도이며, 도1b는 도1a의 일 촉각센서의 구조를 나타내는 측단면도이다.
도2a 내지 도2g는 각각 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 촉각센서의 제조방법을 나타내는 공정단면도이다.
도3a 및 도3b는 각각 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 촉각센서를 나타내는 상부 평면도 및 측단면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호설명>
20: 플렉서블 촉각센서 21,41: 폴리머 멤브레인지지층
22: 하부 폴리머층 25,45: 금속 스트레인 게이지
26a,46a: 제1 금속배선 26b,46b: 제2 금속배선
27,47: 제1 감광성 폴리머층 28,48: 제2 감광성 폴리머층
본 발명은 생체모방형 촉각센서에 관한 것으로, 보다 상세하게는 외부물체와의 접촉력에 대한 정보를 감지하기 위한 플렉서블 촉각센서 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 촉각센서는 접촉을 통해 주변환경의 정보, 즉 접촉력, 진동, 표면의 거칠기, 열전도도에 대한 온도변화 등을 감지할 수 있는 생체모방형 센서를 말한다.
생체모방형 촉각센서는 혈관내의 미세수술, 암진단 등의 각종 의료진단 및 시술에 사용될 뿐만 아니라 향후 가상환경 구현기술 및 촉각제시 기술 등의 다양한 분야에서 적용될 수 있으며, 이미 산업용 로봇의 손목에 사용되는 6자 유도의 힘/토크 센서와 로봇의 그립퍼(gripper)용으로 접촉력 및 순간적인 미끄러짐을 감지할 수 있는 것이 개발되고 있다. 이러한 대표적인 촉각센서로는 도1a 및 도1b에 예시된 바와 같이 X, Y, Z축 방향으로부터의 접촉력에 대한 정보를 감지할 수 있는 3축 힘성분 기반형 촉각센서가 있다.
도1a는 4개의 3축 힘성분 기반형 촉각센서(P)가 배열된 촉각센서장치의 평면도이다. 상기 촉각센서(P)는 각각 서로 대향하도록 배열된 4개의 스트레인 게이지(strain gage)(4)를 포함한다. 상기 스트레인 게이지(4)는 인가되는 압력에 따라 저항이 변화되는 저항물질로 이루어진다. 상기 촉각센서(P)는 도1b에 보다 구체적 으로 도시되어 있다.
도1b에 도시된 바와 같이, 상기 촉각센서(P)는 하부에 캐비티(C)가 형성된 실리콘 기판(2)을 포함한다. 상기 캐비티영역은 센싱영역을 정의하며, 상기 실리콘 기판(2)의 센싱영역에는 3축 방향의 하중(Fx, Fy, Fz)이 적용가능한 정방형 모양의 박막형 접촉력 하중부(1)가 형성된다. 또한, 상기 접촉력 하중부 주위의 센싱영역에는 도1a에 설명된 바와 같이, 4개의 스트레인 게인지(4)가 형성된다. 상기 스트레인 게인지(4)는 상기 하중부(1)에 전달되는 하중에 따라 저항의 변화를 발생시키고, 그 저항변화는 게이지에 연결된 금속배선(미도시)을 통해 외부장치에 전달되어 접촉력의 경향과 크기를 감지할 수 있다.
또한, 상기 촉각센서는 접촉력 하중부(loading block)(1)에 과하중(overload)이 전달되었을 때에, 실리콘기판의 파괴를 방지하기 위하여 과하중 보호부(overload protection)(3)을 포함한다.
이와 같이, 종래의 촉각센서는 실리콘 기판과 같은 반도체 기판을 사용하여 MEMS(micro electromechanical system)기술을 이용하여 제조되므로, 충분한 유연성이 보장되지 않는다. 따라서, 실리콘 기판은 통상의 미세가공기술을 정밀한 센서구조를 용이하게 제조할 수 있다는 장점에도 불구하고, 손가락과 같은 곡면 상에 적용하기 어려우므로 실리콘 기판을 이용한 촉각센서는 생체모방형 센서로서 큰 단점을 갖고 있다.
이를 해결하기 위해서, 본 출원인에 의해 출원된 대한민국 특허출원 2005- 61716호(출원인: 삼성전기주식회사 외 1, 2005.07.08 출원)에는 감광성 필름을 이용한 폴리머 가공기술을 이용하여 유연성을 갖는 촉각센서와 그 제조방법을 제안한 바 있다. 특허기술은 촉각센서의 충분한 유연성을 보장할 수 있다는 장점이 있으나, 구조적 안정성을 갖는 멤브레인지지층을 형성하는데 어려움이 있다. 즉, 상기한 특허기술에서는 반복적인 감광성 필름의 도포/경화공정을 통해 형성되므로 공정이 복잡해지며, 충분한 큰 두께의 막을 형성하는데 어려움이 있다.
본 발명은 상술된 종래 기술의 문제를 해결하기 위한 것으로서, 그 목적은 충분한 멤브레인지지층의 두께를 보장하면서 폴리머물질의 가공기술을 이용하는 새로운 촉각센서의 제조방법을 제공하는데 있다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위해서, 본 발명은
적어도 일부영역이 센싱영역으로 정의되는 폴리머계 멤브레인지지층을 마련하는 단계와, 상기 멤브레인지지층 일면 중 상기 센싱영역에 대응하는 영역 상에 서로 대향하여 배열되도록 복수개의 금속 스트레인 게이지를 형성하는 단계와, 상기 멤브레인지지층 상에 상기 복수개의 스트레인 게이지 중 일부 스트레인 게이지에 각각 연결되도록 제1 금속배선을 형성하는 단계와, 상기 멤브레인지지층 상에 제1 감광성 폴리머층을 형성하는 단계와, 상기 제1 감광성 폴리머층 상에 상기 복 수개의 스트레인 게이지 중 다른 일부 스트레인 게이지 또는 제1 금속배선에 각각 연결되도록 제2 금속배선을 형성하는 단계와, 상기 제2 금속배선을 보호하기 위한 제2 감광섬 폴리머층을 형성하는 단계와, 상기 멤브레인지지층의 타면 중 상기 센싱영역에 대응하는 영역에 캐비티를 형성하는 단계를 포함하는 촉각센서 제조방법을 제공한다.
바람직하게, 상기 제2 감광성 폴리머층을 형성하는 단계 후, 상기 캐비티를 형성하기 전에, 상기 센싱영역의 중앙에 해당하는 상기 제2 감광성 폴리머층 상에 감광성 폴리머를 이용하여 하중부를 형성하는 단계를 더 포함한다. 이러한 하중부는 센싱영역에 충분한 힘을 전달하는 기능을 한다.
바람직하게, 상기 복수개의 스트레인 게이지 형성단계 전에, 상기 멤브레인지지층 상에 하부 폴리머층을 형성하는 단계를 더 포함하며, 상기 복수개의 스트레인 게이지와 상기 제1 금속배선은 상기 하부 폴리머층 상에 형성될 수 있다. 여기서 사용되는 하부 폴리머층은 폴리이미드계열 폴리머일 수 있다.
또한, 상기 폴리머계 멤브레인지지층과, 상기 제1 및 제2 감광성 폴리머층와 하중부 중 적어도 하나는 폴리이미드계 폴리머일 수 있다. 상기 폴리머계 멤브레인지지층의 두께는 100㎛ 이상인 것이 바람직하다.
본 발명의 구체적인 실시형태에서, 상기 센싱영역은 정사각형일 수 있다. 상기 복수개의 금속 스트레인 게이지 형성시에, 상기 센싱영역의 각 변의 중앙에 각각 위치하도록 4개의 금속 스트레인 게이지를 형성하는 것이 바람직하다.
본 발명에 채용된 복수개의 금속 스트레인 게이지는 니켈을 포함한 합금일 수 있으며, 바람직하게, Ni-Cr 합금일 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 및 제2 금속배선을 형성하는 단계 중 적어도 한 단계는, 상기 멤브레인지지층 또는 상기 제1 감광성 폴리머층 상에 Cr층을 형성하는 단계와, 상기 Cr층 상에 Ni/Au층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 제1 및 제2 금속배선와 하중부를 형성하는 단계 중 적어도 한 단계는, 상기 제1 또는 제2 금속배선 또는 하중부와의 접착강도가 개선되도록, 상기 멤브레인지지층 또는 상기 제1 감광성 폴리머층의 표면을 플라즈마 처리하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 제1 및 제2 금속배선을 형성하는 단계 중 적어도 한 단계는, 열증착법, 전자빔 증발법 또는 저온스퍼터링공정에 의해 실시될 수 있다.
본 발명은 3층 이상의 금속배선구조를 갖는 촉각센서의 제조방법으로도 구현될 수 있다. 즉, 상기 멤브레인 지지층에 캐비티를 형성하는 단계 전에, 상기 스트레인 게이지, 제1 금속배선, 제2 금속배선 중 적어도 어느 하나와 연결되도록 상기 제2 감광성 폴리머층 상에 추가적인 금속배선을 형성하는 단계와, 추가적인 감광성 폴리머층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 폴리머계 멤브레인 지지층을 마련하는 단계는, 상기 폴리머계 멤브레인 지지층과 웨이퍼 사이에 경화성 폴리머 물질을 제공하는 단계와, 상기 경화성 폴리머 물질을 경화시켜 상기 폴리머계 멤브레인 지지층과 상기 웨이퍼를 접합시키는 단계를 포함할 수 있다. 이 경우에, 후속공정조건에 의한 열팽창 등에 대비하여 멤브레인 지지층을 안정적으로 유지할 수 있다.
또한, 바람직하게, 상기 캐비티를 형성하는 단계는, 상기 멤브레인 지지층의 하면에 캐비티가 형성될 영역이 노출되도록 감광성 폴리머층을 형성하는 단계와, 상기 멤브레인 지지층 하면의 노출영역에 습식에칭을 적용하여 캐비티를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시형태를 보다 상세히 설명한다.
도2a 내지 도2g는 각각 본 발명에 따른 촉각센서의 제조방법을 나타내는 공정단면도이다.
도2a와 같이, 본 발명에 따른 제조방법은 폴리머계 멤브레인지지층(21)을 마련하는 단계로 시작된다. 또한, 상기 멤브레인지지층(21) 상에 보호용 폴리머층 (22)을 형성할 수 있다.
상기 폴리머계 멤브레인지지층(21)은 캡톤(kapton)과 같은 폴리이미드계 물질일 수 있다. 종래와 달리, 본 발명에서 채용되는 멤브레인지지층(21)은 다른 기판 상에 도포/경화공정을 이용하여 형성되지 않고, 소정의 두께를 갖는 막(film)상태로 제공되므로, 충분한 두께를 갖는 안정적인 지지층으로서 제공될 수 있다. 상기 멤브레인지지층(21)의 두께는 필요에 따라 달리 구현될 수 있으나, 구조적 안정성을 위해서 100㎛ 이상인 것이 바람직하다.
본 공정에서, 열 등에 의한 노출과정에서 폴리머계 멤브레인 지지층(21)을 안정적으로 지지하는 것이 요구된다. 이러한 공정은, 상기 폴리머계 멤브레인 지지층(21)과 웨이퍼(미도시) 사이에 경화성 폴리머 물질을 제공하는 단계와, 상기 경화성 폴리머 물질을 경화시켜 상기 폴리머계 멤브레인 지지층과 상기 웨이퍼를 접합시키는 단계로 실현될 수 있다. 이러한 웨이퍼로는 이에 한정되지 않으나, 실리콘 웨이퍼 등이 사용될 수 있다.
상기 폴리머계 멤브레인지지층(21)의 적어도 일부영역은 센싱부가 형성될 센싱영역(S)으로 정의된다. 다수의 센서를 동시에 제조하기 위한 웨이퍼레벨공정에서는 일정한 간격을 갖도록 복수개로 정의될 수 있다.
또한, 상기 보호용 폴리머층(22)은 멤브레인지지층(21)에 캐비티를 형성하는 공정에서 센싱부를 보호하는 층으로 사용될 수 있으며, 폴리이미드계열 폴리머전구체를 도포한 후에, 경화시키는 과정으로 형성될 수 있다. 상기 도포공정은 스핀코팅법, 스크린인쇄법과 같은 공지된 공정을 이용하여 실시될 수 있다.
이어, 도2b와 같이, 상기 하부 폴리머층(22)이 형성된 폴리머계 멤브레인지지층(21) 상에 복수개의 금속 스트레인 게이지(25)를 형성한다.
본 공정은 열증발법, 전자빔 증발법 또는 저온 스퍼터링공정과 같이 폴리머의 변형과 손상을 야기되지 않는 조건에서 수행될 수 있는 공지된 성막공정이 사용될 수 있다. 상기 금속 스트레인 게이지(25)는 서로 대향하고 적어도 일부분이 센싱영역(S)에 위치하도록 형성된다. 상기 금속 스트레인 게이지(25)는 접촉에 의한 영향과 상호접속저항을 최소화하면서 높은 저항값을 갖는 저항물질로 형성될 수 있다. 이러한 저항물질은 니켈을 포함한 합금일 수 있으며, 바람직하게는 Ni-Cr합금일 수 있다.
이어, 도2c와 같이, 상기 복수개의 금속 스트레인 게이지(25)에 각각 연결되도록 제1 금속배선(26a)을 형성하고, 제1 감광성 폴리머층을 형성한다.
본 제1 금속배선(26a) 형성공정은 전자빔 증발법 또는 저온 스퍼터링공정과 같이 폴리머의 변형과 손상을 야기되지 않는 조건에서 수행될 수 있는 성막공정을 사용하여 금속층을 형성한 후에, 적절한 패터닝공정과 리프트오프공정을 통해 원하는 배선을 얻을 수 있다. 상기 제1 금속배선(26a)을 형성하기 전에, 폴리머와 안정적인 접착강도를 얻기 위해서, 폴리머층(22) 표면에 플라즈마 처리를 적용할 수 있다. 이러한 플라즈마 처리는 폴리머층(22)의 표면을 거칠게 함으로써 금속배선의 접착강도를 보다 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 제1 금속배선층(26a)은 Cr층을 형 성한 후에 Au층을 형성한 구조로 구현될 수 있다. 바람직하게, Cr과 Au층의 중간층으로서 Ni이 삽입될 수 있다. Cr층과 Ni층은 각각 100∼500Å으로, Au층은 1000∼3000Å으로 형성하는 것이 바람직하다.
도2d와 같이, 상기 제1 감광성 폴리머층(27)은 감광성 폴리머 물질을 이용하여 제1 금속배선(26a)이 형성된 폴리머층(27) 상에 형성된다. 본 공정에서는 상기 제1 감광성 폴리머층(27)은 상기 제2 금속배선과 연결될 스트레인 게이지의 연결부(25)가 개방된 윈도우(W)을 갖도록 패터닝된다. 다른 배선구조에서, 제1 금속배선(26a)과 제2 금속배선과 연결이 필요한 경우에, 제1 금속배선(26a)의 일부영역에도 적절한 윈도우영역을 마련할 수 있다.
도2e와 같이, 상기 제1 감광성 폴리머층(27) 상에 제2 금속배선(26b)을 형성한다. 이어, 제2 금속배선(26b)이 형성된 제1 감광성 폴리머층(27) 상에 제2 감광성 폴리머층(28)을 형성한다. 여기서, 상기 하부 폴리머층(22)과 함께 상기 제1 및 제2 감광성 폴리머층(27,28)은 멤브레인층(21)으로서 제공된다.
상기 제1 또는 제2 감광성 폴리머층(27,28)은 절연성을 보장할 수 있는 두께로 충분하며, 제2 금속배선(26b)과 게이지(25)가 서로 용이하게 연결되도록 그 부분에 단차를 감소시키기 위해서 가능한 얇게 형성하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 상기 제1 및 제2 감광성 폴리머층(27,28)의 두께는 0.5∼2㎛일 수 있으나, 상기 제2 감광성 폴리머층(28) 상에 추가적으로 금속배선이 형성되지 않은 경우에는 제1 감광성 폴리머층보다 다소 큰 두께로 형성될 수 있다.
또한, 바람직하게는 도2f와 같이, 상기 하부 폴리머층(22)이 형성된 폴리머계 멤브레인 지지층(21) 상에 하중부(29)를 형성할 수 있다. 상기 하중부(29)는 충분한 힘을 센싱영역에 전달할 수 있도록 50㎛이상의 두께로 형성하는 것이 바람직하다. 상기 하중부(29)는 폴리이미드계와 같은 감광성 폴리머 물질로 이루어질 수 있으며, 그 두께는 층의 코팅횟수로 조절될 수 있다.
최종적으로, 도2g와 같이, 상기 멤브레인지지층(21)의 하면에서 센싱영역(S)에 대응하는 영역에 캐비티(C)를 형성한다. 캐비티(C)가 형성되는 영역은 상기 스트레인 게이지(25)가 접촉력에 의해 영향을 충분히 받을 수 있도록 적절하게 형성될 수 있다. 바람직하게 상기 게이지(25)의 일부영역이 노출되도록 형성될 수 있다. 본 공정은, 상기 멤브레인 지지층(21)의 하면에 캐비티(C)가 형성될 영역이 노출되도록 감광성 폴리머층을 형성하는 단계와, 상기 멤브레인 지지층(21) 하면의 노출영역에 습식에칭을 적용하여 캐비티(C)를 형성하는 단계를 포함한다. 여기서, 습식에천트로는 KOH용액과 에탄올을 적절히 혼합한 용액을 사용할 수 있다.
본 실시형태에 따른 제조방법은 다양하게 변경될 수 있다. 예를 들어, 배선층수의 증가가 요구되는 복잡한 배선구조에서는, 도2d에 도시된 공정을 반복수행함으로써 실현될 수 있다. 예를 들어, 제3 금속배선층을 추가로 형성한 후에, 제3 감 광성 폴리머층을 추가함으로써 3층 이상의 금속배선구조를 형성할 수 있다.
도3a 및 도3b는 각각 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 촉각센서를 나타내는 상부 평면도 및 측단면도이다.
도3b와 함께 도3a를 참조하면, 본 실시형태에 따른 촉각센서(40)는 센싱영역(S)에 대응하는 하부영역에 캐비티(C)가 형성된 멤브레인지지층(41)과, 그 위에 형성된 하부폴리머층(42)과, 제1 및 제2 감광성 폴리머층(47,48)을 포함한다. 상기 센싱영역(S)은 3축 힘성분 기반형 촉각센서에서는 도시된 바와 같이 단면이 정사각형으로 제공될 수 있다. 본 발명에서 채용되는 제1 및 제2 감광성 폴리머층(47,48)과 상기 하부 폴리머층(42)은 멤브레인구조를 구성하는 것으로 이해할 수 있다. 또한, 멤브레인 지지층(41)도 충분한 유연성을 보장하기 위해서 적절한 폴리머로 이루어진다. 본 발명에서 사용되는 폴리머 물질로는 폴리이미드계열이 바람직하지만, 이에 한정되지 않는다. 다만, 제1 및 제2 감광성 폴리머(47,48)는 상기 하중부(49)와 유사하게 포토리소그래피공정을 이용하여 미세가공이 용이한 감광성 폴리머 물질이라는 조건을 만족해야 한다.
또한, 상기 멤브레인층(41)의 하면에는 서로 대향하도록 배열된 4개의 금속 스트레인 게이지(45)가 형성된다. 상기 금속 스트레인 게이지(45)는 센싱영역(S)에 인가된 압력을 받을 수 있도록, 적어도 일부분이 상기 센싱영역(S)에 위치한다. 본 실시형태에서는 정방형인 센싱영역(S)의 각 변의 중앙에 4개의 스트레인 게이지(45)가 각각 배열된다. 상기 금속 스트레인 게이지(45)는 저항물질로서 니켈을 포 함한 합금일 수 있다. 본 발명에서 금속 스트레인 게이지(45)로 사용가능한 바람직한 저항 물질로는 Ni-Cr합금이 있다.
본 실시형태에 따른 촉각센서(40)는 상기 금속 스트레인 게이지(45)의 압력에 의한 저항변화가 전송되도록 각 스트레인 게이지(45)에 연결된 제1 및 제2 금속배선(46a,46b)을 포함한다. 상기 제1 및 제2 금속배선(46a,46b)은 도3a에 도시된 바와 같이 복잡한 배선구조를 갖는다. 따라서 금속배선(46a,46b)간의 원하지 않는 접속을 방지하도록 배열하는 것이 요구된다. 이러한 요구는 금속배선을 적절히 설계하여 서로 중첩되지 않도록 서로 다른 레벨에 위치시킴으로써 구현될 수 있다.
본 실시형태에서는, 상기 제1 금속배선(46a)은 상기 하부 폴리머층(42) 상면에 형성되며, 상기 제2 금속배선(46b)은 상기 제1 감광성 폴리머층(47) 상에 형성된다. 이로써, 상기 제1 감광성 폴리머층(47)에 의해 제1 및 제2 금속배선(46a,46b)을 서로 절연될 수 있다. 본 실시형태에 채용될 수 있는 배선구조의 구체적인 형태는 특허출원 2004-70033호(발명명칭:3축 힘센서들로 구성된 촉각센서의 입출력 배선, 출원인: 한국표준과학연구원)에 기재된 사항이 참조될 수 있다.
또한, 도3a 및 도3b에서는, 설명의 편의와 용이한 이해를 일 촉각센서 유닛만을 도시하였으나, 실제로는 당업자에게 자명한 바와 같이, 수십 내지 수백개의 촉각센서가 배열된 형태로 구현될 수 있다. 따라서, 배선은 수백 내지 수천단위로 증가하므로, 금속배선의 층수는 추가될 수 있다. 이 경우에, 감광성 폴리머층을 추 가함으로써 그 사이에 다른 금속배선층을 추가시킬 수 있다. 상기 제1 및 제2 금속배선(46a,46b) 중 적어도 하나는 폴리머와 안정적인 접착강도를 얻기 위해서, Cr층을 형성한 후에 Au층을 형성한 구조로 구현될 수 있다.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 감광성 폴리머와 포토리소그래피 기술을 이용하여 충분한 유연성을 가질 뿐만 아니라, 구조적으로 안정된 멤브레인지지층을 갖는 미세 구조의 촉각센서를 제조할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따라 제조된 촉각센서는 인체구조와 같은 곡면상에도 유용하게 적용될 수 있을 뿐만 아니라, 구조적인 견고성과 안정성도 보장할 수 있다.

Claims (17)

  1. 적어도 일부영역이 센싱영역으로 정의되는 폴리머계 멤브레인지지층을 마련하는 단계;
    상기 멤브레인지지층 일면 중 상기 센싱영역에 대응하는 영역 상에 서로 대향하여 배열되도록 복수개의 금속 스트레인 게이지를 형성하는 단계;
    상기 멤브레인지지층 상에 상기 복수개의 스트레인 게이지 중 일부 스트레인 게이지에 각각 연결되도록 제1 금속배선을 형성하는 단계;
    상기 멤브레인지지층 상에 제1 감광성 폴리머층을 형성하는 단계;
    상기 제1 감광성 폴리머층 상에 상기 복수개의 스트레인 게이지 중 다른 일부 스트레인 게이지 또는 제1 금속배선에 각각 연결되도록 제2 금속배선을 형성하는 단계;
    상기 제2 금속배선을 보호하기 위한 제2 감광성 폴리머층을 형성하는 단계 및,
    상기 멤브레인지지층의 타면 중 상기 센싱영역에 대응하는 영역에 캐비티를 형성하는 단계를 포함하는 촉각센서 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 감광성 폴리머층을 형성하는 단계 후, 상기 캐비티를 형성하기 전에, 상기 센싱영역의 중앙에 해당하는 상기 제2 감광성 폴리머층 상에 감광성 폴리 머를 이용하여 하중부를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 촉각센서 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수개의 스트레인 게이지 형성단계 전에, 상기 멤브레인지지층 상에 하부 폴리머층을 형성하는 단계를 더 포함하며, 상기 복수개의 스트레인 게이지와 상기 제1 금속배선은 상기 하부 폴리머층 상에 형성되는 것을 특징으로 하는 촉각센서 제조방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 하부 폴리머층은 폴리이미드계열인 것을 특징으로 하는 촉각센서 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 폴리머계 멤브레인지지층은 폴리이미드계열인 것을 특징으로 하는 촉각센서 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 폴리머계 멤브레인지지층의 두께는 100㎛ 이상인 것을 특징으로 하는 촉각센서 제조방법.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 감광성 폴리머층과 상기 하중부 중 적어도 하나는 폴리이미드계열인 것을 특징으로 하는 촉각센서 제조방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 센싱영역은 정사각형인 것을 특징으로 하는 촉각센서 제조방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 복수개의 금속 스트레인 게이지를 형성하는 단계는,
    상기 센싱영역의 각 변의 중앙에 각각 위치하도록 4개의 금속 스트레인 게이지를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 촉각센서 제조방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 복수개의 금속 스트레인 게이지는 니켈을 포함한 합금인 것을 특징으로 하는 촉각센서 제조방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 복수개의 금속 스트레인 게이지는 Ni-Cr합금인 것을 특징으로 하는 촉각센서 제조방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 금속배선을 형성하는 단계 중 적어도 한 단계는, 상기 멤브레인지지층 또는 상기 제1 감광성 폴리머층 상에 Cr층을 형성하는 단계와, 상기 Cr층 상에 Ni/Au층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 촉각센서 제조방법.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 금속배선을 형성하는 단계 중 적어도 한 단계는, 상기 제1 또는 제2 금속배선과의 접착강도가 개선되도록, 상기 멤브레인지지층 또는 상기 제1 감광성 폴리머층의 표면을 플라즈마 처리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 촉각센서 제조방법.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 금속배선을 형성하는 단계 중 적어도 한 단계는, 열증발법, 전자빔 증발법 또는 저온 스퍼터링공정에 의해 실시되는 것을 특징으로 하는 촉각센서 제조방법.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 멤브레인 지지층에 캐비티를 형성하는 단계 전에, 상기 스트레인 게이지, 제1 금속배선, 제2 금속배선 중 적어도 어느 하나와 연결되도록 상기 제2 감광성 폴리머층 상에 추가적인 금속배선을 형성하는 단계와, 추가적인 감광성 폴리머층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 촉각센서 제조방법.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 폴리머계 멤브레인 지지층을 마련하는 단계는,
    상기 폴리머계 멤브레인 지지층과 웨이퍼 사이에 경화성 폴리머 물질을 제공하는 단계와, 상기 경화성 폴리머 물질을 경화시켜 상기 폴리머계 멤브레인 지지층과 상기 웨이퍼를 접합시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 촉각센서 제조방법.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 캐비티를 형성하는 단계는,
    상기 멤브레인 지지층의 하면에 캐비티가 형성될 영역이 노출되도록 감광성 폴리머층을 형성하는 단계와, 상기 멤브레인 지지층 하면의 노출영역에 습식에칭을 적용하여 캐비티를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 촉각센서 제조방법.
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