KR101528558B1 - 마이크로칩이 모놀리식으로 집적된 탐침의 제조방법 및 그에 의해 제조된 탐침 - Google Patents

마이크로칩이 모놀리식으로 집적된 탐침의 제조방법 및 그에 의해 제조된 탐침 Download PDF

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Abstract

본 발명은 마이크로칩이 모놀리식으로 집적된 탐침의 제조방법에 있어서, 기판을 준비하는 제1단계와, 상기 기판 상의 일부 영역에 마이크로칩을 형성하는 제2단계와, 상기 기판 상에 형성하며, 상기 마이크로칩과 전기적으로 연결된 금속배선전극을 형성하는 제3단계와, 상기 마이크로칩과, 상기 기판 상의 전 영역 및 상기 금속배선전극을 감싸도록 절연막을 형성하는 제4단계와, 상기 기판에 탐침 형성을 위한 패턴을 형성하는 제5단계와, 상기 기판의 두께를 낮추기 위해 폴리싱 또는 에칭하는 제6단계와, 상기 기판 상에서 탐침 모양의 패턴을 분리하는 제7단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 마이크로칩이 모놀리식으로 집적된 탐침의 제조방법 및 그에 의해 제조된 마이크로칩이 모놀리식으로 집적된 탐침을 기술적 요지로 한다. 이에 의해 본 발명은 기판 상에 마이크로칩을 모놀리식 집적화하여 탐침을 기판화하여 제작함으로써 탐침의 두께가 줄어들어 의학적 효용성이 높아지고, 따로 기판 소재가 소모되지 않고 공정이 단순하여 제품의 단가를 낮출 수 있는 이점이 있다.

Description

마이크로칩이 모놀리식으로 집적된 탐침의 제조방법 및 그에 의해 제조된 탐침{manufacturing method of stimulus tip with monolithically integrated micro-chip and multifunctional stimulus tip}
본 발명은 기판 상에 마이크로칩(micro-chip)을 모놀리식(monolithically)으로 집적화하여 제품의 단가를 낮추고, 공정의 간단화로 제품 수율을 향상시키며, 두께가 더욱 얇아져 의학적 효용성이 매우 높은 마이크로칩이 모놀리식으로 집적된 탐침의 제조방법 및 그에 의해 제조된 탐침에 관한 것이다.
최근 광유전학(Optogenetics)에 대한 연구가 대두되고 있다. 이는 빛(Opto)과 채널로돕신(빛에 반응하는 녹조류 단백질) 유전자(gene)를 결합한 학문으로서, 유전자가 이식된 신경회로에 빛을 쬐어 정신질환 및 질병 치료에 대한 아이디어가 제안되고 있다.
이러한 광유전학 분야에서는 신경회로 등에 빛을 쬐기 위해서 광자극 방식의 탐침이 사용되고 있다. 이는 피실험체의 신경(뇌신경)에 광자극을 준 뒤 그 정보를 수집하여 분석하는 것으로서, 뇌질환을 치료하고 뇌의 동작을 규명하기 위한 것이다.
종래의 광자극 방식의 탐침의 경우, 광섬유 또는 마이크로 LED를 외부에 실장하는 방식으로 구성되어 있기 때문에, 마이크로 LED의 제조비용, 실장 시 제조비용, 실장 후 절연막 형성 제조 비용 등 복수의 제조비용이 소요되는 문제점이 있었다.
또한, 실장형 마이크로 LED의 경우 따로 기판을 가지고 있기 때문에, 기판 두께, 접합 두께로 인하여 탐침 두께가 증가하는 단점이 있으며, 외부 실장형이기 때문에, 접합 방식의 문제 또는 실장시 마이크로 LED가 손상되는 불량 등으로, 제품 수율이 떨어지므로 단가 또한 상승하는 문제점이 발생한다.
특히, 뇌에 주입하는 신경 탐침의 경우, 수십 마이크로 이하의 직경을 가져야 하므로, 집적화하기 이전에 마이크로 LED칩이 가지고 있는 고유 기판 두께에도 제한을 가지게 된다.
또한, 종래의 광자극 방식의 탐침의 경우, 접합하는 과정에서 시간이 소요되기 때문에 제품이 완료되는데 시간이 오래 걸리게 된다.
대한민국특허청 등록특허공보 등록특허 10-1206462
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 기판 상에 마이크로칩(micro-chip)을 모놀리식(monolithically)으로 집적화하여 제품의 단가를 낮추고, 공정의 간단화로 제품 수율을 향상시키며, 두께가 더욱 얇아져 의학적 효용성이 매우 높은 마이크로칩이 모놀리식으로 집적된 탐침의 제조방법 및 그에 의해 제조된 탐침의 제공을 그 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 마이크로칩이 모놀리식으로 집적된 탐침의 제조방법에 있어서, 기판을 준비하는 제1단계와, 상기 기판 상의 일부 영역에 마이크로칩을 형성하는 제2단계와, 상기 기판 상에 형성하며, 상기 마이크로칩과 전기적으로 연결된 금속배선전극을 형성하는 제3단계와, 상기 마이크로칩과, 상기 기판 상의 전 영역 및 상기 금속배선전극을 감싸도록 절연막을 형성하는 제4단계와, 상기 기판에 탐침 형성을 위한 패턴을 형성하는 제5단계와, 상기 기판의 두께를 낮추기 위해 폴리싱 또는 에칭하는 제6단계와, 상기 기판 상에서 탐침 모양의 패턴을 분리하는 제7단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 마이크로칩이 모놀리식으로 집적된 탐침의 제조방법 및 그에 의해 제조된 마이크로칩이 모놀리식으로 집적된 탐침을 기술적 요지로 한다.
여기에서, 상기 기판은, Si, 금속, GaN, GaAs, 사파이어(Sapphire) 및 SiC 중 어느 하나를 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제2단계는, 상기 기판 상에 마이크로칩 형성을 위한 에피층을 형성하고, 상기 에피층을 패터닝하여, 기판 상의 일부 영역에 마이크로칩을 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 에피층 형성 전에 상기 기판 상에 희생층을 형성하고, 상기 마이크로칩이 형성될 영역을 고려하여 상기 희생층을 패터닝하며, 상기 에피층을 상기 기판 및 패터닝된 희생층 상에 형성한 후, 상기 희생층의 제거에 의해 에피층을 패터닝함으로써, 상기 마이크로칩을 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 상기의 공정은 반복하여 이루어지되, 상기 마이크로칩의 배열 형태에 따라 상기 에피층은 같은 종류로 형성하거나, 적어도 두 종류 이상의 복수개의 조합으로 형성하는 것이 바람직하다.
여기에서, 상기 마이크로칩은 단일 종류 또는 다른 종류로 복수개를 형성하며, 복수개로 형성한 경우에 일렬, 병렬, 지그재그 및 십자 형태 중 어느 하나 또는 혼합된 배열 형태로 형성하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 제2단계는, 마이크로칩 패턴이 새겨진 박막을 상기 기판 상에 트랜스퍼(transfer)하여 마이크로칩을 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제2단계 이후에 상기 마이크로칩 상의 일부 영역에 마이크로전극을 형성하는 공정이 추가로 이루어지는 것이 바람직하며, 여기에서 제4단계의 절연막은, 상기 마이크로전극 영역은 오픈하여 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제5단계는, 상기 기판에 단일 또는 복수개의 탐침 형성을 위한 패턴을 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제6단계 이후에, 상기 기판의 전면 또는 후면에 미세유체(microfluidic) 채널을 더 형성하는 것이 바람직하며, 상기 미세유체 채널 형성 후 미세유체 삽입홀을 제외하고 상기 미세유체 채널을 실링(sealing)하는 것이 바람직하다. 여기에서, 상기 미세유체 채널의 실링은, 폴리머로 이루어지는 것이 바람직하다.
한편, 상기 마이크로칩은 단수개로 형성하거나, 단일 종류 또는 다른 종류로 복수개를 형성하며, 복수개로 형성한 경우에 일렬, 병렬, 지그재그 및 십자 형태 중 어느 하나 또는 혼합된 배열 형태로 형성하는 것이 바람직하며, 상기 마이크로칩은, 마이크로LED, 마이크로 포토디텍터, 마이크로센서 중 어느 하나 또는 이들의 조합으로 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명은 기판 상에 마이크로칩을 모놀리식 집적화하여 탐침을 기판화하여 제작함으로써 탐침의 두께가 줄어들어 의학적 효용성이 높아지고, 따로 기판 소재가 소모되지 않으므로 제품의 단가를 낮출 수 있는 효과가 있다.
또한, 기존의 기판과 탐침 간의 접합이 따로 필요하지 않으므로, 접착 물질, 접착 공정 등이 필요없으므로 제품 완성 기간을 효과적으로 단축시킬 수 있으며, 마이크로LED 외 마이크로칩의 경우에는 박막의 트랜스퍼 공정에 의해 적층이 가능하므로, 기존 방식의 탐침보다 두께를 줄일 수 있어 의학적 효용성이 더욱 높아지는 효과가 있다.
또한, 탐침의 내부에는 미세유체 채널을 형성하고, 후면에 미세유체 삽입홀을 형성하여, 다른 노즐이 없어도 정밀하게 약액 주사가 가능하여, 제품의 효율범위를 다기능화시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1 - 본 발명의 실시예에 따른 마이크로칩이 모놀리식으로 집적된 탐침의 주요부에 대한 단면도.
도 2 - 본 발명의 실시예에 따른 마이크로칩이 모놀리식으로 집적된 탐침에 미세유체채널이 형성된 것을 나타낸 모식도.
도 3 - 본 발명의 실시예에 따른 마이크로칩이 모놀리식으로 집적된 탐침에 있어서, 탐침이 복수개로 형성된 것을 나타낸 모식도.
도 4 - 본 발명의 실시예에 따른 단수개의 탐침 내에서 다양한 마이크로칩이 모놀리식으로 집적, 배열된 상태를 나타낸 단면도(a) 및 다양한 마이크로칩에 대한 다양한 배열 상태를 나타낸 예시도(b).
도 5, 도 6 및 도 7 - 본 발명의 여러 실시예에 따른 마이크로칩이 모놀리식으로 집적된 탐침의 제조방법을 나타낸 모식도.
본 발명은 기판 자체를 탐침으로 사용할 뿐만 아니라, 기판 상에 마이크로칩(micro-chip)을 모놀리식(monolithically)으로 집적화하여 제품의 단가를 낮추고, 공정의 간단화로 제품 수율을 향상시키며, 두께가 더욱 얇아져 의학적 효용성이 매우 높은 탐침에 관한 것이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세하게 설명하고자 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 마이크로칩이 모놀리식으로 집적된 탐침의 주요부에 대한 단면도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 마이크로칩이 모놀리식으로 집적된 탐침에 미세유체채널이 형성된 것을 나타낸 모식도((a)뒷면에, (b)앞면 및 뒷면에)이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 마이크로칩이 모놀리식으로 집적된 탐침에 있어서, 탐침이 복수개로 형성된 것을 나타낸 모식도이다.
그리고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 단수개의 탐침 내에서 다양한 마이크로칩이 모놀리식으로 집적, 배열된 상태를 나타낸 단면도 및 다양한 마이크로칩에 대한 다양한 배열 상태를 나타낸 예시도이며, 도 5, 도 6 및 도 7은 본 발명의 여러 실시예에 따른 마이크로칩이 모놀리식으로 집적된 탐침의 제조방법을 나타낸 모식도이다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 마이크로칩(120)이 모놀리식으로 집적된 탐침(100)은 기판과, 상기 기판(110) 상의 일부 영역에 형성된 마이크로칩(120)과, 상기 기판(110) 상에 형성되며, 상기 마이크로칩(120)과 전기적으로 연결 형성된 금속배선전극(130)과, 상기 마이크로칩(120)과, 상기 기판(110) 상의 전 영역 및 상기 금속배선전극(130)을 감싸도록 형성된 절연막(140)으로 크게 구성된다.
이러한 마이크로칩이 모놀리식으로 집적된 탐침의 제조방법은, 도 5, 도 6, 도 7에 도시된 바와 같이 기판을 준비하는 제1단계, 상기 기판 상의 일부 영역에 마이크로칩을 형성하는 제2단계, 상기 기판 상에 형성하며, 상기 마이크로칩과 전기적으로 연결된 금속배선전극을 형성하는 제3단계, 상기 마이크로칩과, 상기 기판 상의 전 영역 및 상기 금속배선전극을 감싸도록 절연막을 형성하는 제4단계, 상기 기판에 탐침 형성을 위한 패턴을 형성하는 제5단계, 상기 기판의 두께를 낮추기 위해 폴리싱 또는 에칭하는 제6단계, 상기 기판 상에서 탐침 모양의 패턴을 분리하는 제7단계로 크게 이루어진다.
먼저, 기판을 준비한다.(도 5(a), 도 6(a), 도 7(a))
상기 기판은 Si, 금속, GaN, GaAs, 사파이어(Sapphire) 및 SiC 중 어느 하나를 사용하며, 기판 상층에 마이크로칩 형성을 위해 에피탁셜 성장이 가능한 것을 사용한다. 상기 기판 상에 마이크로칩(micro-chip)을 모놀리식(monolithically)으로 집적화하여 그 자체로 가공되어 탐침으로 사용되게 된다.
그리고, 상기 기판 상의 일부 영역에 마이크로칩을 형성하게 된다.
본 발명의 일실시예로 상기 기판 상에 마이크로칩을 형성하기 위해 에피층을 형성하고, 상기 에피층을 패터닝하여, 기판 상의 일부 영역에 마이크로칩을 형성할 수 있다.(도 5(b), 도 5(c), 도 7(b), 도 7(c))
즉, 상기 기판을 모재로 사용하여, 에피층을 성장시키고, 마이크로칩 패턴에 대응하여 상기 에피층을 패터닝하는 것이다. 상기 에피층은 분자 빔 에피텍시(molecular beam epitaxy), 유기금속화학증착법(Metalorganic vapour phase epitaxy)에 의하여 형성될 수 있으며, 상기 에피층의 패터닝은 건식 또는 습식 식각에 의해 구현될 수 있다.
상기 마이크로칩 형성을 위한 또 다른 실시예로, 상기 에피층 형성 전에 상기 기판 상에 희생층을 형성하고, 상기 마이크로칩이 형성될 영역을 고려하여 상기 희생층을 패터닝하며, 상기 에피층을 상기 기판 및 패터닝된 희생층 상에 형성한 후, 상기 희생층의 제거에 의해 에피층을 패터닝함으로써, 상기 마이크로칩을 형성하는 것이다.(도 6(b), 도 6(c), 도 6(d))
상기의 희생층 형성, 희생층의 패터닝, 에피층 형성, 희생층의 제거 공정은 반복하여 이루어질 수 있으며, 상기 마이크로칩의 배열 형태에 따라 상기 에피층은 같은 종류로 형성하거나, 적어도 두 종류 이상의 복수개의 조합으로 형성할 수 있다.(도 6(e), 도 6(f), 도 6(g))
상기 희생층의 형성은 화학기상증착법(CVD), 전자빔 증착법(e-beam evaporator), 스파터링(sputtering), 프린팅(printing) 공정에 의하여 형성할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 마이크로칩은 에피층의 패터닝 또는 희생층 형성 및 제거 공정에 다른 단일 에피층 형성에 의해 기판 상에 단일 종류로 단수개로 형성할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 마이크로칩은 희생층 형성 및 제거, 에피층 형성 공정의 반복 시에 단일 종류의 에피층을 복수층 형성하거나 다른 종류의 에피층을 복수층 형성하여 상기 마이크로칩을 다른 종류로 복수개 형성할 수도 있으며, 적어도 두 종류 이상의 복수개의 조합으로 형성할 수도 있다.
또한, 상기 마이크로칩은 마이크로칩 패턴이 새겨진 박막을 상기 기판 상에 트랜스퍼(transfer)하여 형성할 수도 있다. 이 방법은 필요에 따라 탐침의 제조 방법의 각 단계에서 기판 상에 마이크로칩을 용이하게 형성할 수 있는 것이다.(도 7(g))
여기에서, 본 발명에 따른 마이크로칩은 수광 또는 발광 소자로서, 마이크로LED, 마이크로 포토디텍터, 마이크로센서 중 어느 하나 또는 이들의 조합으로 이루어진다.
이러한 마이크로칩에는 전류 주입을 위한 후술할 금속배선전극과의 용이한 전기적 접촉을 위해 상기 마이크로칩 일부 영역에 마이크로전극을 형성하는 공정이 더 필요할 수도 있다. 상기 마이크로전극의 형성은 전류 주입(current injection)을 위해 오믹컨택 금속(ohmic contact metal)을 형성하며, 전자빔 증착(e-beam evaporator), 스퍼터링(sputtering)으로 진행하고, 표면 패시베이션(passivation)을 위한 공정은 화학기상증착법(CVD), 전자빔 증착(e-beam evaporator), 스퍼터링(sputtering)에 의하여 형성되는 것이 바람직하다.
이러한, 마이크로칩은 상기에서 살펴본 바와 같이, 단일 종류 또는 다른 종류로 복수개로 형성할 수 있으며, 복수개로 형성한 경우에는 탐침 사용의 용도에 따라 일렬, 병렬, 지그재그 및 십자 형태 등 다양한 형태로 배열된 실시예를 구현할 수 있다.
예컨대, 마이크로LED와 마이크로전극, 또는 마이크로포토디텍터와 마이크로전극, 또는 마이크로센서와 마이크로전극과 같이 단일 종류의 마이크로칩을 단수개 또는 복수개로 배열하여 형성하거나, 필요에 따라 복수개의 에피층 성장 배열에 따라 마이크로LED, 마이크로포토디텍터, 마이크로센서 및 마이크로전극의 조합을 적절한 형태로 배열하여 형성하거나, 마이크로포토디텍터 또는 마이크로센서가 새겨진 박막을 마이크로LED와 마이크로전극이 배열된 탐침 위에 트랜스퍼(transfer)하여 형성할 수 있다.
이러한 마이크로칩의 다양한 실시 형태를 도 4에 도시하였다.
다음으로, 상기 기판 상에 형성하며, 상기 마이크로칩과 전기적으로 연결되어 마이크로칩에 전류 주입을 위한 금속배선전극을 형성하게 되며, 상기 금속배선전극은 마이크로칩에 연결되거나 또는 상기 마이크로전극에 연결될 수 있다.(도 5(d), 도 7(d))
상기 금속배선전극은 마이크로칩의 배열에 따라 형성되며 설정 패턴, 패턴 간의 이격 거리, 패턴과 계면 사이의 접착력에 따라 마스크를 통한 포토 공정에 의해 형성되며 전자 빔 증착(e-beam evaporator), 스퍼터링(sputtering), 프린팅(printing) 또는 도금 공정에 의해 형성될 수 있다.
그리고, 상기 금속배선전극을 형성한 후 상기 마이크로칩과, 상기 기판 상의 전 영역 및 상기 금속배선전극을 감싸도록 절연막을 형성한다.(도 5(e), 도 7(e))
상기 절연막은 SOG, TEOS, LTO, 산화막, 폴리머, 폴리이미드, 또는 질화막 등을 사용하며, 상기 절연이 기판의 전면을 감싸도록 증착하며, 화학기상증착법(CVD), 전자빔증착(e-beam evaporator), 스퍼터링(sputtering), 프린팅(printing) 공정 등에 의해 증착된다.
여기에서, 상기 절연막은 기판의 전면을 감싸도록 형성하되, 상기 마이크로전극 영역은 오픈하여 형성하는 것이 바람직하며, 마이크로전극 영역 부분의 경우 마스크를 통한 포토 공정 및 식각 공정에 의해 제거될 수 있으며, 또는, 마스크를 통한 포토 공정에 의해 선택적인 형성이 가능하다.
즉, 완제품에서 마이크로전극을 제외한 영역은 산화막, 질화막 또는 폴리이미드 계열에 의하여 보호될수 있도록 한다.
그 다음, 상기 기판에 탐침 형성을 위한 패턴을 형성한다.(도 5(f), 도 7(f))
상기 기판 상에 탐침(100) 모양의 패턴을 형성하거나, 필요에 따라 상기 기판 상에 복수개의 탐침(100) 모양의 패턴을 형성하는 것으로서(도 3)), 탐침 모양의 패턴 형성은 건식 또는 습식 식각으로 진행되며, 건식 식각 시, 반응성 이온 식각(Reactive ion etching), 유도결합 플라즈마(induced coupling plasma)에 의해 형성될 수 있다.
그리고, 최종 탐침 형성을 위해 기판의 두께를 낮추는 폴리싱 또는 에칭을 수행하고, 상기 기판 상에서 탐침 모양의 패턴을 분리하게 된다.(도 5(g), 도 5(h), 도 7(h), 도 7(i))
상기 기판의 두께를 낮추기 위한 공정은 연마(Grind), 래핑(Lapping), 폴리싱(Polishing) 또는 에칭에 의하여 이루어지고, 탐침 패턴을 분리하는 과정은 레이저 절삭 또는 기판의 두께를 낮추는 공정 등에 의하여 형성이 된다.
한편, 상기 기판의 두께를 낮추기 전에 필요에 따라 마이크로칩(마이크로포토디텍터, 마이크로센서)가 올려져 있는 박막을 기판 상에 트랜스퍼하여 다양한 용도의 탐침의 제공도 가능하도록 한다.(도 7(g))
이와 같이 기판 상에 마이크로칩이 모놀리식으로 집적되어 형성된 탐침은. 두 개 이상의 탐침에 각각의 마이크로칩을 모놀리식으로 집적화하거나, 하나의 탐침 위에 다른 종류의 마이크로칩을 모놀리식으로 집적화하여 형성할 수 있다.
도 6의 (h)는 각각 (1) 두 종류(마이크로포토디텍터 또는 마이크로LED) 의 마이크로칩이 각각의 탐침에 모놀리식으로 집적화된 이미지를 나타낸 것이며, (2) 두 종류의 마이크로칩이 하나의 탐침에 모놀리식으로 집적화된 이미지를 나타낸 것이다. 즉, 탐침의 용도에 따라 선택적으로 마이크로칩을 배치하여 형성하는 것이 가능하다.
도 7은 도 6과는 다른 공정으로 두 종류의 마이크로칩을 형성함을 나타낸 것으로서, 도 7(a)-(f)는 상기에서 서술한 바와 같이 도 5의 공정과 동일하며, (g)는 박막에 형성된 마이크로칩을 기판에 트랜스퍼하는 과정이 추가되며, 이후 (h)-(i)로서, 탐침 형성을 위한 폴리싱 및 분리 단계이다. 상기 도 6과 같이 탐침의 용도에 따라 복수개의 마이크로칩 배열을 구성하기 위한 방법 중 하나이다.
한편, 기판의 폴리싱 또는 에칭 이후 탐침 모양의 패턴을 분리하기 전에, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 기판의 전면 또는 후면에 미세유체(microfluidic) 채널(150)을 더 형성할 수 있다.
상기 미세유체 채널(150) 형성 후 미세유체 삽입홀(151)을 제외하고 상기 미세유체 채널(150)을 폴리머 등으로 실링하여 형성한다. 도 2는 기판에 미세유체 채널(150)이 형성된 일실시예를 나타낸 것으로서, 미세유체 채널(150)을 기판의 뒷면(a) 또는 앞면(b)에 형성할 수 있으며, 상기 미세유체 삽입홀(151)은 그에 대응하여 뒷면 또는 앞면에 오픈되도록 형성한다.
도 8(a)는 탐침 분리 이전, 폴리싱 공정 이후에 미세유체 채널을 형성하는 단계(앞면 또는 뒷면에 미세유체 채널을 형성할 수 있다), 도 8(b)는 미세유체 채널 형성 후 실링하는 단계를 나타낸 것이다. 이는 멤스(mems) 공정으로 탐침 내부에 미세유체(microfluidic) 채널을 형성하는 과정으로서, 식각 및 몰딩(molding) 공정의 순차적 흐름을 보여주고 있다.
여기에서, 식각 공정은 건식 또는 습식 식각으로 진행되며, 건식 식각 시, 반응성 이온 식각(Reactive ion etching), 유도결합 플라즈마(induced coupling plasma)에 의해 형성될 수 있으며, 몰딩은 약액 주입을 위한 미세유체 삽입홀을 제외하고 폴리이미드를 포함한 폴리머 계열의 물질로 실링(sealing)하여 제작한다.
이를 이용하여 노즐(nozzle)이 없이도 미세유체 채널을 통하여 약액을 흘려보낼 수 있어, 정밀한 약액 주사가 가능하게 된다.
이와 같은 방법으로 제작된 탐침은 기존의 방식인 광섬유를 사용하거나 마이크로칩의 실장 방식과는 달리 기판 상에 바로 마이크로칩을 모놀리식 집적화하여 탐침을 기판화하여 마이크로칩 고유의 기판 두께나 마이크로칩을 접착시키기 위한 본딩 물질의 두께가 배제되어, 탐침의 두께가 획기적으로 줄어드는 효과가 있다.
본 발명의 제조방법에 의해 제조된 탐침은 그 두께가 200㎛ 이하로 소형화에 따른 의학적 효용성이 높아지며, 활용범위가 다양하고 확대될 것으로 기대된다.
또한, 기존의 방법과는 달리 용이하게 하나의 탐침에 마이크로칩을 모놀리식으로 집적화하거나, 두 개 이상의 탐침에 각각의 마이크로칩을 모놀리식으로 집적화하거나, 하나의 탐침에 복수개의 마이크로칩을 모놀리식으로 집적화하여 탐침을 제조함으로써 따로 기판 소재가 소모되지 않으므로 제품의 단가를 낮출 수 있으며, 소형화, 고집적화, 고해상도에 기여할 수 있는 장점이 있다.
또한, 기존의 기판과 탐침 간의 접합이 따로 필요하지 않으므로, 접착 물질, 접착 공정 등이 필요없으므로 제품 완성 기간을 효과적으로 단축시킬 수 있으며, 마이크로LED 외 마이크로칩의 경우에는 박막의 트랜스퍼 공정에 의해 적층이 가능하므로, 기존 방식의 탐침보다 두께를 줄일 수 있어 의학적 효용성이 더욱 높아지게 된다.
또한, 탐침의 내부에는 미세유체 채널을 형성하고, 후면에 미세유체 삽입홀을 형성하여, 다른 노즐이 없어도 정밀하게 약액 주사가 가능하여, 제품의 효용범위를 다기능화시킬 수 있게 된다.
100 : 탐침 110 : 기판
120 : 마이크로칩 130 : 금속배선전극
140 : 절연막 150 : 미세유체 채널
151 : 미세유체 삽입홀

Claims (26)

  1. 마이크로칩이 모놀리식으로 집적된 탐침의 제조방법에 있어서,
    기판을 준비하는 제1단계;
    상기 기판 상의 일부 영역에 마이크로칩을 형성하는 제2단계;
    상기 기판 상에 형성하며, 상기 마이크로칩과 전기적으로 연결된 금속배선전극을 형성하는 제3단계;
    상기 마이크로칩과, 상기 기판 상의 전 영역 및 상기 금속배선전극을 감싸도록 절연막을 형성하는 제4단계;
    상기 기판에 탐침 형성을 위한 패턴을 형성하는 제5단계;
    상기 기판의 두께를 낮추기 위해 폴리싱 또는 에칭하는 제6단계;
    상기 기판 상에서 탐침 모양의 패턴을 분리하는 제7단계;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 마이크로칩이 모놀리식으로 집적된 탐침의 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 기판은,
    Si, 금속, GaN, GaAs, 사파이어(Sapphire) 및 SiC 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 마이크로칩이 모놀리식으로 집적된 탐침의 제조방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 제2단계는,
    상기 기판 상에 마이크로칩 형성을 위한 에피층을 형성하고, 상기 에피층을 패터닝하여, 기판 상의 일부 영역에 마이크로칩을 형성하는 것을 특징으로 하는 마이크로칩이 모놀리식으로 집적된 탐침의 제조방법.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 에피층 형성 전에 상기 기판 상에 희생층을 형성하고, 상기 마이크로칩이 형성될 영역을 고려하여 상기 희생층을 패터닝하며, 상기 에피층을 상기 기판 및 패터닝된 희생층 상에 형성한 후, 상기 희생층의 제거에 의해 에피층을 패터닝함으로써, 상기 마이크로칩을 형성하는 것을 특징으로 하는 마이크로칩이 모놀리식으로 집적된 탐침의 제조방법.
  5. 제 4항에 있어서, 상기의 공정은 반복하여 이루어지되,
    상기 마이크로칩의 배열 형태에 따라 상기 에피층은 같은 종류로 형성하거나, 적어도 두 종류 이상의 복수개의 조합으로 형성하는 것을 특징으로 하는 마이크로칩이 모놀리식으로 집적된 탐침의 제조방법.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 마이크로칩은 단일 종류 또는 다른 종류로 복수개를 형성하며, 복수개로 형성한 경우에 일렬, 병렬, 지그재그 및 십자 형태 중 어느 하나 또는 혼합된 배열 형태로 형성하는 것을 특징으로 하는 마이크로칩이 모놀리식으로 집적된 탐침의 제조방법.
  7. 제 1항 내지 제 6항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 제2단계는,
    마이크로칩 패턴이 새겨진 박막을 상기 기판 상에 트랜스퍼(transfer)하여 마이크로칩을 형성하는 것을 특징으로 하는 마이크로칩이 모놀리식으로 집적된 탐침의 제조방법.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 제2단계 이후에 상기 마이크로칩 상의 일부 영역에 마이크로전극을 형성하는 공정이 추가로 이루어지는 것을 특징으로 하는 마이크로칩이 모놀리식으로 집적된 탐침의 제조방법.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 제4단계의 절연막은,
    상기 마이크로전극 영역은 오픈하여 형성하는 것을 특징으로 하는 마이크로칩이 모놀리식으로 집적된 탐침의 제조방법.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 제5단계는,
    상기 기판에 단일 또는 복수개의 탐침 형성을 위한 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 마이크로칩이 모놀리식으로 집적된 탐침의 제조방법.
  11. 제 1항에 있어서, 제6단계 이후에,
    상기 기판의 전면 또는 후면에 미세유체(microfluidic) 채널을 더 형성하는 것을 특징으로 하는 마이크로칩이 모놀리식으로 집적된 탐침의 제조방법.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 미세유체 채널 형성 후 미세유체 삽입홀을 제외하고 상기 미세유체 채널을 실링(sealing)하는 것을 특징으로 하는 마이크로칩이 모놀리식으로 집적된 탐침의 제조방법.
  13. 제 12항에 있어서, 상기 미세유체 채널의 실링은,
    폴리머로 이루어지는 것을 특징으로 하는 마이크로칩이 모놀리식으로 집적된 탐침의 제조방법.
  14. 제 1항에 있어서, 상기 마이크로칩은 단수개로 형성하거나, 단일 종류 또는 다른 종류로 복수개를 형성하며, 복수개로 형성한 경우에 일렬, 병렬, 지그재그 및 십자 형태 중 어느 하나 또는 혼합된 배열 형태로 형성하는 것을 특징으로 하는 마이크로칩이 모놀리식으로 집적된 탐침의 제조방법.
  15. 제 1항에 있어서, 상기 마이크로칩은,
    마이크로LED, 마이크로 포토디텍터, 마이크로센서 중 어느 하나 또는 이들의 조합으로 이루어진 것을 특징으로 하는 마이크로칩이 모놀리식으로 집적된 탐침의 제조방법.
  16. 마이크로칩이 모놀리식으로 집적된 탐침에 있어서,
    기판;
    상기 기판 상의 일부 영역에 형성된 마이크로칩;
    상기 기판 상에 형성되며, 상기 마이크로칩과 전기적으로 연결 형성된 금속배선전극;
    상기 마이크로칩과, 상기 기판 상의 전 영역 및 상기 금속배선전극을 감싸도록 형성된 절연막;을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 마이크로칩이 모놀리식으로 집적된 탐침.
  17. 제 16항에 있어서, 상기 기판은,
    Si, 금속, GaN, GaAs, 사파이어(Sapphire) 및 SiC 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 마이크로칩이 모놀리식으로 집적된 탐침.
  18. 제 16항에 있어서, 상기 마이크로칩 상의 일부 영역에는 마이크로전극이 더 형성되는 것을 특징으로 하는 마이크로칩이 모놀리식으로 집적된 탐침.
  19. 제 18항에 있어서, 상기 절연막은,
    상기 마이크로전극 영역은 오픈하여 형성되는 것을 특징으로 하는 마이크로칩이 모놀리식으로 집적된 탐침.
  20. 제 16항에 있어서, 상기 마이크로칩은,
    단수개로 형성되거나 단일 종류 또는 다른 종류로 복수개 형성된 것을 특징으로 하는 마이크로칩이 모놀리식으로 집적된 탐침.
  21. 제 20항에 있어서, 상기 마이크로칩이 복수개로 형성된 경우에 일렬, 병렬, 지그재그 및 십자 형태 중 어느 하나 또는 이들의 혼합된 배열 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 마이크로칩이 모놀리식으로 집적된 탐침.
  22. 제 16항에 있어서, 상기 기판의 전면 또는 후면에 미세유체(microfluidic) 채널이 더 형성되는 것을 특징으로 하는 마이크로칩이 모놀리식으로 집적된 탐침.
  23. 제 22항에 있어서, 미세유체 삽입홀을 제외하고 상기 미세유체 채널은 실링제로 실링(sealing)되어 형성된 것을 특징으로 하는 마이크로칩이 모놀리식으로 집적된 탐침.
  24. 제 23항에 있어서, 상기 실링제는,
    폴리머로 이루어지는 것을 특징으로 하는 마이크로칩이 모놀리식으로 집적된 탐침.
  25. 제 16항에 있어서, 상기 마이크로칩은,
    마이크로LED, 마이크로 포토디텍터, 마이크로센서 중 어느 하나 또는 이들의 조합으로 이루어진 것을 특징으로 하는 마이크로칩이 모놀리식으로 집적된 탐침.
  26. 제 16항 내지 제 25항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 탐침의 두께는,
    200㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 마이크로칩이 모놀리식으로 집적된 탐침.
KR1020140030449A 2014-03-14 2014-03-14 마이크로칩이 모놀리식으로 집적된 탐침의 제조방법 및 그에 의해 제조된 탐침 KR101528558B1 (ko)

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