KR101978600B1 - Method for manufacturing micro probe electrode device with template - Google Patents

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KR101978600B1
KR101978600B1 KR1020180019335A KR20180019335A KR101978600B1 KR 101978600 B1 KR101978600 B1 KR 101978600B1 KR 1020180019335 A KR1020180019335 A KR 1020180019335A KR 20180019335 A KR20180019335 A KR 20180019335A KR 101978600 B1 KR101978600 B1 KR 101978600B1
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KR1020180019335A
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박재형
이승기
김찬영
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단국대학교 산학협력단
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Abstract

Disclosed is a method for manufacturing a micro-probe electrode device having a capture template capable of collecting a measurement object such as a cell or a tissue at a position close to a probe. The capture template has one or more holes respectively provided around each of the tip ends of the at least one probe. The measurement object, such as a cell or a tissue, is accommodated in one or more holes to be placed in a position close to the tip end of the probe. One or more holes of the capture template can be formed by forming a copper ball at the tip of the probe tip by electroplating and a PDMS layer is formed to embed the copper ball and then selectively remove the copper ball. The capture template having high alignment properties can be formed without using a photolithography or an etching process.

Description

포획 템플릿을 가지는 미세 탐침 전극 소자 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING MICRO PROBE ELECTRODE DEVICE WITH TEMPLATE}[0001] METHOD FOR MANUFACTURING MICRO PROBE ELECTRODE DEVICE WITH TEMPLATE [0002]

본 발명은 미세 탐침 전극 분야에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 탐침들의 주변에 포획을 위한 홀을 제공하는 포획 템플릿을 가지는 미세 탐침 전극 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a micro probe electrode field, and more particularly, to a micro probe electrode device having a capture template for providing a hole for trapping around probes and a method of manufacturing the same.

미세 탐침 전극 소자는 생물학, 의학, 화학, 분야의 다양한 종류의 응용에 이용되고 있다. 미세 탐침 전극 소자는 탐침 어레이를 포함하며, 전기영동 및 유전 전기영동 현상을 이용하여 유로 내에 주입되는 물질의 분류 및 분석을 하는데 이용되거나 미생물 연료 전지 등에 이용된다.Micro probe electrode elements are used in a variety of applications in biology, medicine, chemistry, and the field. The micro probe electrode element includes a probe array and is used for sorting and analyzing materials injected into the flow path using electrophoresis and dielectric electrophoresis, or used for a microbial fuel cell or the like.

도 1은 미세 탐침 전극 소자를 도시한 도면이다. 미세 탐침 전극 소자는 기판 상에 형성된 탐침 어레이를 포함한다. 탐침 어레이는 베이스에 형성된 기둥 몸체와, 기둥 몸체의 표면에 형성된 도전층, 및 도전층 표면에 형성된 절연층을 포함한다. 기둥 몸체의 팁 단부 부위 상의 절연층 일부가 제거되어 전극의 팁 단부를 노출한다.1 is a view showing a micro probe electrode element. The micro probe electrode element includes a probe array formed on a substrate. The probe array includes a column body formed on the base, a conductive layer formed on the surface of the column body, and an insulating layer formed on the conductive layer surface. A portion of the insulating layer on the tip end portion of the column body is removed to expose the tip end of the electrode.

위와 같은 탐침 어레이는 유체 내의 세포나 조직과 같은 측정 대상물이 탐침 전극의 노출된 팁 단부에 접촉이 이루어질 때 얻어지는 생체신호를 외부 회로에 전달하는 역할을 수행한다.Such a probe array serves to transmit a biological signal obtained when an object to be measured such as a cell or tissue in a fluid is brought into contact with an exposed tip end of a probe electrode, to an external circuit.

따라서 세포나 조직과 같은 측정 대상물이 각 탐침의 팁 단부에 접촉할 가능성을 높일 필요가 있다.Therefore, it is necessary to increase the possibility that a measurement object such as a cell or a tissue comes into contact with the tip end of each probe.

미국특허출원 US20050253606A1U.S. Patent Application US20050253606A1

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 감안한 것으로서, 검사 대상물을 탐침의 팁 단부 주변에 포획할 수 있는 미세 탐침 전극 소자를 제공한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems of the prior art, and provides a fine probe electrode element capable of capturing an object to be inspected around the tip end of the probe.

본 발명은 상술한 개선된 미세 탐침 전극 소자를 제조하는 방법을 제공한다.The present invention provides a method for manufacturing the above-described improved micro probe electrode element.

본 발명은 미세 탐침 전극 소자를 제공하며, 이는: 하나 이상의 탐침; 및 상기 하나 이상의 탐침의 팁 단부(tip end) 각각의 둘레에 각각 제공되는 하나 이상의 홀을 가지는 포획 템플릿;을 포함한다.The present invention provides a micro probe electrode element comprising: at least one probe; And a capture template having at least one hole each provided around a respective tip end of the at least one probe.

상기 하나 이상의 탐침은 베이스 상에 형성된 탐침 어레이일 수 있고, 상기 포획 템플릿은 상기 베이스 상에 상기 탐침의 길이방향의 소정 두께로 배치될 수 있다.The at least one probe may be a probe array formed on a base, and the capture template may be disposed on the base to a predetermined thickness in the longitudinal direction of the probe.

상기 포획 템플릿은 고분자로 이루어질 수 있고, 바람직하게는 투명 고분자인 PDMS가 적용될 수 있다.The capturing template may be made of a polymer, and PDMS, which is preferably a transparent polymer, may be applied.

상기 하나 이상의 홀은 위쪽으로 개방된 반구형 또는 절두 구형(truncated sphere)일 수 있다.The at least one hole may be a hemispherical or truncated sphere opening upwards.

본 발명은 미세 탐침 전극 소자의 제조방법을 제공하며, 이는: 하나 이상의 탐침이 형성된 베이스를 준비하는 단계; 상기 하나 이상의 탐침의 팁 단부 각각을 둘러싸는 하나 이상의 커버체를 형성하는 단계; 상기 하나 이상의 탐침을 포함하는 상기 베이스 상 전면 위에 상기 하나 이상의 탐침과 상기 하나 이상의 커버체를 매몰시키면서 상기 커버체의 상부의 일부를 노출하는 템플릿을 위한 층을 형성하는 단계; 및 상기 커버체를 제거하여 상기 하나 이상의 탐침의 팁 단부 각각을 둘러싸는 하나 이상의 홀을 제공하는 템플릿을 형성하는 단계;를 포함한다.The present invention provides a method of manufacturing a micro probe electrode element, comprising: preparing a base on which at least one probe is formed; Forming one or more covers surrounding each of the tip ends of the at least one probe; Forming a layer for a template exposing a portion of an upper portion of the cover body while burying the at least one probe and the at least one cover body on the base front surface including the at least one probe; And forming a template removing the cover to provide at least one hole surrounding each of the tip ends of the at least one probe.

상기 하나 이상의 탐침은 상기 베이스 상에 복수개가 배치된 탐침 어레이일 수 있다.The at least one probe may be a probe array having a plurality of probes disposed on the base.

상기 하나 이상의 커버체는 구리 전해도금으로 형성할 수 있다.The at least one cover member may be formed by copper electroplating.

상기 포획 템플릿은 PDMS로 형성할 수 있다.The capture template may be formed of PDMS.

상기 하나 이상의 커버체의 제거는 습식각을 이용할 수 있다.Removal of the one or more covers may utilize a wet angle.

상기 하나 이상의 탐침은 기둥 본체와 상기 기둥 본체의 외면에 형성된 도전층과 상기 팁 단부를 제외한 상기 도전층의 외면에 형성된 절연층을 포함하는 것일 수 있다.The at least one probe may include a column body, a conductive layer formed on the outer surface of the column body, and an insulating layer formed on the outer surface of the conductive layer except for the tip end.

본 발명에 따르면, 수 내지 수십 마이크로 크기의 세포나 조직과 같은 측정 대상물을 전극의 탐침 주변에 포집할 수 있는 포획 템플릿을 가지는 미세 탐침 전극 소자가 제공된다. 포획 템플릿은 각 탐침의 팁 단부를 각기 둘러싸는 홀들을 가지며, 측정 대상물이 홀 내에 위치함으로써 탐침과의 접촉 가능성을 높이게 된다. 포획 템플릿은 전해도금으로 형성되는 구리볼과 같은 커버체를 탐침의 팁 단부에 형성하고 적합한 두께의 PDMS층을 형성한 후, 커버체를 선택적으로 제거함으로써 홀들을 가지도록 형성된다. 이러한 과정은 포토리소그래피와 식각을 이용하는 기존의 방법 보다 높은 정렬도를 가지는 템플릿을 형성할 수 있도록 한다. 나아가, 투명한 고분자로 형성되는 템플릿은 세포나 조직 등의 광학적인 측정과 분석에 유리하다. 또한 제작된 마이크로 탐침 전극을 패치 클램프 전극 형태로 적용할 수 있기 때문에 기존의 패치 클램프를 이용한 전극이 가지는 단일 세포 측정의 국한성을 극복할 수 있다. 이러한 본 발명의 미세 탐침 전극 소자는 여러 유체 채널, 바이오 센서, 마이크로 엑츄에이터 등과 일체화되어 다양한 응용분야에 적용될 수 있다.According to the present invention, there is provided a micro-probe electrode element having a capture template capable of collecting a measurement object such as a cell or tissue of several to several tens of micro-sizes around the probe tip of the electrode. The capture template has holes surrounding the tip ends of each probe, and the measurement object is placed in the hole to increase the possibility of contact with the probe. The trapping template is formed to have holes by forming a cover body such as a copper ball formed by electrolytic plating at the tip end of the probe and forming a PDMS layer of suitable thickness, and then selectively removing the cover body. This process makes it possible to form templates having higher degree of alignment than conventional methods using photolithography and etching. Furthermore, a template formed of a transparent polymer is advantageous for optical measurement and analysis of cells and tissues. Also, since the manufactured micro probe electrode can be applied as a patch clamp electrode, it is possible to overcome the limitation of the single cell measurement using the conventional patch clamp. The micro probe electrode of the present invention can be applied to various application fields by being integrated with various fluid channels, biosensors, microactuators, and the like.

도 1은 본 발명의 미세 탐침 전극 소자에 포함되는 탐침 어레이를 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 탐침 어레이에 대한 전자 현미경 사진이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 미세 탐침 전극 소자를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 4 내지 도 8은 본 발명의 미세 탐침 전극 소자의 제조방법을 설명하기 위해 도시한 단면도이다.
도 9는 본 발명의 제조방법의 과정 중 탐침들의 팁 탄부에 전해도금으로 형성된 커버체를 보여주는 전자 현미경 사진이다.
도 10은 본 발명의 제조방법의 과정 중 탐침들과 커버체를 덮도록 PDMS로 형성된 템플릿을 위한 층을 보여주는 전자 현미경 사진이다.
도 11은 본 발명의 제조방법의 과정 중 템플릿을 위한 층의 일부를 제거하여 커버체의 상부 일부가 드러난 것을 보여주는 전자 현미경 사진이다.
도 12는 본 발명의 제조방법의 과정 중, 커버체인 구리볼을 제거함으로써 형성된 각각의 탐침 팁 단부를 둘러싸는 홀을 가지는 템플릿을 보여주는 전자 현미경 사진이다.1 is a view showing a probe array included in a micro probe electrode element of the present invention.
Figure 2 is an electron micrograph of the probe array of Figure 1;
3 is a cross-sectional view schematically showing a micro probe electrode according to a preferred embodiment of the present invention.
FIGS. 4 to 8 are cross-sectional views illustrating a method of fabricating a micro probe electrode according to the present invention.
9 is an electron micrograph showing a cover body formed by electrolytic plating on tip tips of probes during the manufacturing process of the present invention.
10 is an electron micrograph showing a layer for a template formed by PDMS to cover probes and a cover body during the manufacturing process of the present invention.
11 is an electron micrograph showing a part of the upper part of the cover body being exposed by removing a part of the layer for the template during the manufacturing method of the present invention.
FIG. 12 is an electron micrograph showing a template having a hole surrounding each probe tip end formed by removing the copper ball as a cover during the manufacturing method of the present invention. FIG.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시예를 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description of the embodiments of the present invention, detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.

본 발명은 세포나 조직과 같은 측정 대상물을 탐침의 팁 단부의 주변에 포획할 수 있는 포획 템플릿을 가지는 미세 탐침 전극 소자를 제공한다. 몇몇 실시예에서 본 발명의 탐침은 어레이로 제공될 수 있고, 포획 템플릿은 각각의 탐침의 팁 단부를 둘러싸는 홀을 제공한다. 각 탐침은 마이크로 사이즈의 기둥 몸체와 그 표면에 형성된 도전층을 포함할 수 있다. 도전층은 예를 들어 ITO가 적용될 수 있다. 도전층의 표면에는 SiO2와 같은 절연층이 배치될 수 있고, 탐침의 단부에는 절연층이 제거되어 도전층인 팁 단부(tip end)를 노출한다. 본 발명의 미세 탐침 전극 소자는 상술한 바와 같이 팁 단부의 둘레에 측정 대상물을 포획하기 위한 홀을 제공하는 템플릿을 포함한다. 이러한 템플릿을 여기서는 '포획 템플릿' 또는 '포집 템플릿'이라고 칭할 수 있다. 포획 템플릿에 의해 각 탐침의 팁 단부의 둘레에 제공되는 홀은 세포나 조직과 같은 측정 대상물을 수용하여 팁 단부와 밀접한 위치에 있도록 함으로써 접촉 가능성을 높인다. 템플릿은 예를 들어 PDMS와 같은 투명 고분자가 적용될 수 있으며, 투명한 템플릿은 세포나 조직의 광학적인 측정 및 분석에 유리할 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시예에서 포획 홀은 각 탐침의 팁 단부에 커버체를 형성하고 고분자층을 일정 두께로 형성하여 커버체의 상부 부위를 부분적으로 노출한 후, 커버체를 선택적으로 제거하여 형성할 수 있다. 바람직한 실시예에서 커버체는 뾰족한 팁 단부에 전해도금으로 형성되는 구리볼이며, 따라서 도전층으로 채용되는 ITO 상에서 도금의 핵생성이 이루어져서 구형에 가까운 형태의 구리볼이 형성될 수 있고, 이하에서는 구리볼로 형성되는 커버체를 구형으로 간주한다.The present invention provides a micro probe electrode element having a capture template capable of capturing a measurement object such as a cell or tissue around the tip end of the probe. In some embodiments, the probe of the present invention may be provided in an array, and the capture template provides a hole that surrounds the tip end of each probe. Each probe may include a micro-sized column body and a conductive layer formed on the surface. The conductive layer may be, for example, ITO. The surface of the conductive layer may be disposed an insulating layer such as SiO 2, the end of the probe, the insulating layer is removed to expose the conductive layer of the tip end (tip end). The micro probe electrode element of the present invention includes a template for providing a hole for capturing an object to be measured around the tip end as described above. Such a template may be referred to herein as a "capture template" or a "capture template". Holes provided around the tip end of each probe by the capture template increase the likelihood of contact by accommodating a measurement object, such as a cell or tissue, in close proximity to the tip end. A transparent polymer such as PDMS may be used as a template, and a transparent template may be advantageous for optical measurement and analysis of a cell or a tissue. In a preferred embodiment of the present invention, the capturing hole is formed by forming a cover at the tip end of each probe and forming a polymer layer to a certain thickness to partially expose the upper part of the cover, and then selectively removing the cover . In a preferred embodiment, the cover is a copper ball formed by electrolytic plating at the tip of the sharp tip, so that the nucleation of the plating on the ITO employed as the conductive layer can be made to form a copper ball in a shape close to spherical, The cover body formed by the ball is regarded as a spherical shape.

몇몇 실시예에서, 탐침 어레이는 도 1에 도시한 바와 같이 베이스 상에 어레이로 배치된다. 도 1은 본 발명의 미세 탐침 전극 소자에 채용될 수 있는 탐침 어레이(좌측)과 탐침의 단면도(우측)을 나타낸다. 도 2는 도 1의 탐침 어레이에 대한 전자현미경 사진이며, 우측은 개별 탐침을 확대하여 보여주는 전자 현미경 사진이다. 탐침 어레이는 다양한 공지의 방식으로 형성될 수 있다. 예를 들어 탐침 어레이를 형성하는 하나의 예는 실리콘 기판을 딥 에칭(deep etching)하여 대략적인 기둥 형상들을 형성한 후 그들을 RIE하는 것을 포함할 수 있다. RIE에 의해 단부가 뾰족한 기둥이 형성되며, 기둥의 표면에 도전층과 절연층을 순차로 형성한다. 이후, 탐침의 뾰족한 부위 상의 절연막을 부분적으로 제거하여 팁 단부인 ITO 도전층을 노출한다. 이 내용은 본 발명의 발명자의 다른 출원 PCT/KR2012/002084에 개시되었으며 참조로서 여기에 통합한다. 그러나, 본 발명에 적용되는 탐침의 제조 방법 상술한 발명자의 국제출원의 방법에 한정되지 않는다.In some embodiments, the probe arrays are arranged in an array on a base as shown in Fig. Fig. 1 shows a probe array (left side) that can be employed in the micro probe electrode element of the present invention and a sectional view (right side) of the probe. FIG. 2 is an electron microscope photograph of the probe array of FIG. 1, and the right side is an electron microscope photograph showing an enlarged individual probe. The probe array can be formed in various known ways. For example, one example of forming a probe array may include deep etching the silicon substrate to form approximate columnar shapes and then RIE them. A column with a sharp end is formed by RIE, and a conductive layer and an insulating layer are formed on the surface of the column in sequence. Thereafter, the insulating film on the pointed portion of the probe is partially removed to expose the ITO conductive layer which is the tip end. This is disclosed in another application PCT / KR2012 / 002084 of the inventor of the present invention and incorporated herein by reference. However, the manufacturing method of the probe according to the present invention is not limited to the method of the international application of the inventor mentioned above.

본 발명의 바람직한 실시예에서 템플릿의 제조를 위해 팁 단부를 가리는 커버체를 이용한다. 커버체는 예를 들어 전해도금으로 형성되는 구리볼일 수 있으며, 각 탐침의 팁 단부의 둘레에 형성된다. 이후, PDMS로 템플릿을 위한 층을 형성한다. 템플릿을 위한 층은 각 구리볼들의 상단 부위를 노출하는 두께를 가진다. 이를 위해, 하나의 실시예에서는 베이스 상에 템플릿을 위한 층을 구리볼들을 매립하는 충분한 두께로 형성한 다음, 구리볼들의 상단 부위를 노출하도록 상기 템플릿을 위한 층의 상부 일부를 제거하여 최종적인 템플릿을 위한 층을 완성할 수 있다. 예를 들어 선택적인 습식각을 통해 구리볼들을 제거함으로써 구리볼들이 있던 자리에 홀들이 생성된다. 생성된 홀들은 각 탐침들의 팁 단부의 둘레에 형성되며, 이러한 홀들을 가지는 템플릿을 포획 템플릿으로 칭한다.In a preferred embodiment of the present invention, a cover body is used to cover the tip end for the production of the template. The cover member may be, for example, a copper ball formed by electrolytic plating, and is formed around the tip end of each probe. Then, a layer for the template is formed with PDMS. The layer for the template has a thickness that exposes the top portion of each copper ball. To this end, in one embodiment, the layer for the template on the base is formed to a sufficient thickness to fill the copper balls, and then the upper portion of the layer for the template is removed to expose the upper portion of the copper balls, Lt; / RTI > layer can be completed. For example, by removing the copper balls through a selective wetting angle, holes are created in place of the copper balls. The resulting holes are formed around the tip ends of the respective probes, and the template having such holes is referred to as a capture template.

포획 템플릿이 팁 단부의 둘레에 제공하는 홀은 템플릿을 위한 층 밖으로 노출된 상단 부위를 빼고는 구리볼의 형상과 유사할 것이다. 예를 들어 커버체가 구형의 구리볼이라면, 홀들은 구형, 반구형, 절두된 구형(truncated sphere) 또는 반구형 보다 작은 보울(bowl)의 내면 형상을 가질 수 있다. 그러나, 본 발명에서 홀을 형성하기 위한 구리볼의 형상은 이에 한정되지 않는다.The hole provided by the capture template around the tip end will be similar to the shape of the copper ball except for the top portion exposed out of the layer for the template. For example, if the cover body is a spherical copper ball, the holes may have an inner surface shape of a bowl that is spherical, hemispherical, truncated sphere or smaller than hemispherical. However, the shape of the copper balls for forming holes in the present invention is not limited thereto.

이와 같이, 포획 템플릿의 제조에서 전해 도금으로 구리볼을 이용하기 때문에, 복잡한 포토리소그래피 및 에칭 공정을 추가적으로 수행하지 않아도 된다. 미세구조의 템플릿을 포토리소그래피와 에칭을 이용하여 형성할 경우, 템플릿과 날카로운 탐침의 정렬에 어려움이 있어서 정렬 오차가 발생하는 반면에, 본 발명과 같이 전해 도금으로 형성되는 구리볼을 이용하면 매우 높은 정렬 상태를 용이하게 얻을 수 있다.As described above, since the copper ball is used as the electrolytic plating in the production of the trapping template, complicated photolithography and etching processes need not be additionally performed. When a microstructure template is formed by using photolithography and etching, alignment error occurs due to difficulty in alignment between the template and the sharp probe, whereas when the copper ball formed by electroplating as in the present invention is used, An alignment state can be easily obtained.

이러한 본 발명의 미세 탐침 전극 소자는 수 내지 수십 마이크로 사이즈의 세포나 조직을 포집하여 생체신호를 측정하는 분야에 바람직하게 이용할 수 있고, 또한 인공세포 성장 및 분석이 필요한 분야에 적용할 수 있다. 제작된 마이크로 탐침 전극의 형태를 패치 클램프 전극 형태로 적용할 수 있기 때문에, 기존의 패치 클램프를 이용한 단일 세포에 국한된 측정을 벗어나 어레이 형태에서 동시 다발적인 전기화학적 및 광학적 분석과 측정을 용이하게 수행할 수 있다. 나아가, 본 발명의 소자는 다양한 유체 채널, 바이오 센서, 마이크로 엑츄에이터 등과 일체화하여 다양한 응용 분야에 적용할 수 있다.Such a micro probe electrode of the present invention can be suitably used in the field of measuring biological signals by collecting cells or tissues of several to several tens of micro-sized, and can be applied to fields requiring artificial cell growth and analysis. Since the shape of the fabricated micro probe electrode can be applied as a patch clamp electrode, it is possible to perform simultaneous electrochemical and optical analysis and measurement simultaneously in the form of an array beyond the limitation of a single cell using a conventional patch clamp . Furthermore, the device of the present invention can be applied to various application fields by integrating with various fluid channels, biosensors, microactuators, and the like.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 미세 탐침 전극 소자를 개략적으로 도시한 단면도이다.3 is a cross-sectional view schematically showing a micro probe electrode according to a preferred embodiment of the present invention.

본 발명의 미세 탐침 전극 소자는 베이스(10) 상에 형성된 하나 이상의 탐침(11)을 포함한다. 하나 이상의 탐침(11)은 도시한 바람직한 실시예에서 복수개가 배열된 탐침 어레이일 수 있다. 탐침 어레이는 위에서 설명한 바와 같은 방법으로 베이스(기판, 10)에 형성할 수 있다. 베이스(10)는 예를 들어 실리콘 기판일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The microprobe electrode element of the present invention includes one or more probes 11 formed on a base 10. The one or more probes 11 may be a probe array in which a plurality of probes are arranged in the illustrated preferred embodiment. The probe array can be formed on the base (substrate) 10 in the manner described above. The base 10 may be, for example, a silicon substrate, but is not limited thereto.

탐침 어레이의 각 탐침(11)은 상단부(팁 단부(113))가 뾰족한 형태인 기둥 몸체(111)와, 기둥 몸체(111)의 표면에 형성된 도전층(115)과, 도전층(115) 표면에 형성된 절연층(117)을 포함한다. 절연층(117)은 팁 단부(113)를 노출하도록 부분적으로 제거되어 전극을 노출한다. 도전층(115)은 예를 들어 ITO일 수 있고, 절연층(117)은 SiO2일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.Each probe 11 of the probe array has a column body 111 having a sharp top end (tip end 113), a conductive layer 115 formed on the surface of the column body 111, And an insulating layer 117 formed on the insulating layer. The insulating layer 117 is partially removed to expose the tip end 113 to expose the electrode. The conductive layer 115 may be, for example, ITO, and the insulating layer 117 may be SiO 2 , but is not limited thereto.

본 발명의 미세 탐침 전극 소자는 또한 포획 템플릿(13)을 포함한다. 포획 템플릿(13)은 각 탐침(11)의 팁 단부(113) 둘레에 홀(131)을 제공한다. 템플릿(13)은 예를 들어 투명 고분자인 PDMS가 적용될 수 있다. 템플릿(13)이 투명 재질일 경우, 세포나 조직 등의 광학적인 측정에 유리하다. 템플릿(13)은 베이스(10) 상에 형성될 수 있지만, 도전층(115)과 절연층(117)이 베이스(10) 상에 있기 때문에, 실질적으로 절연층(117) 상에 형성된다고 볼 수 있다.The microprobe electrode element of the present invention also includes a capturing template (13). The capture template 13 provides a hole 131 around the tip end 113 of each probe 11. The template 13 may be, for example, a PDMS that is a transparent polymer. When the template 13 is a transparent material, it is advantageous for optical measurement of cells and tissues. The template 13 can be formed on the base 10 but is formed substantially on the insulating layer 117 because the conductive layer 115 and the insulating layer 117 are on the base 10 have.

포획 템플릿(13)이 제공하는 홀(131)들은 탐침(11)의 팁 단부(113)를 둘러싸는 형태로 형성된다. 각 홀(131)들은 반구형, 구형, 절두된 구형, 보울의 내면 등과 같은 형상을 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 각 홀(131)들은 실질적으로 구리볼이 제거된 자리에 형성되기 때문에, 도시한 실시예에서 구리볼의 형상과 유사한 구형을 가질 수 있지만, 구리볼의 형상이 구형이 아닌 다른 형상일 경우에는 그 형상과 유사한 형상일 것이다.The holes 131 provided by the capturing template 13 are formed in a shape surrounding the tip end 113 of the probe 11. [ Each of the holes 131 may have a shape such as a hemisphere, a sphere, a truncated sphere, an inner surface of a bowl, and the like, but is not limited thereto. Since each of the holes 131 is formed substantially at the place where the copper balls are removed, the holes 131 may have a spherical shape similar to the shape of the copper ball in the illustrated embodiment, but when the shape of the copper ball is other than a sphere, Shape.

포획 템플릿(13)이 팁 단부(113)의 둘레에 제공하는 각 홀(131)들에는 세포나 조직과 같은 측정 대상물이 포집(수용)되어, 전극의 팁 단부(113)에 밀접한 위치에 놓임으로써 팁 단부(113)와의 접촉 가능성을 높인다.A measurement object such as a cell or a tissue is collected in each hole 131 provided by the capturing template 13 around the tip end 113 and placed in a position close to the tip end 113 of the electrode Thereby increasing the possibility of contact with the tip end 113.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 미세 탐침 전극 소자의 제조방법에 대하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, a method for fabricating a micro probe electrode according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 4 내지 도 8은 본 발명의 미세 탐침 전극 소자의 제조방법을 설명하기 위해 도시한 단면도이다.FIGS. 4 to 8 are cross-sectional views illustrating a method of fabricating a micro probe electrode according to the present invention.

도 4에서와 같이, 먼저 탐침 어레이를 준비한다. 복수개의 탐침(11)이 배열된 탐침 어레이는 위에서 설명한 바와 같이 공지의 방법을 이용하여 베이스(10) 상에 형성될 수 있다. 상술한 바와 같이, 베이스(10)는 실리콘 기판일 수 있고, 그 위에 형성된 도전층(115)과 팁 단부(113)를 노출하면서 도전층(115)을 피복하는 절연층(117)을 포함할 수 있다. 이러한 구조는 절연층(117)을 형성한 후에 RIE 등과 같은 에칭 공정을 통해 팁 단부(113)를 노출시킴으로써 얻어질 수 있다. 여기서 각 탐침(11)들의 높이는 약 45㎛일 수 있다.As shown in Fig. 4, the probe array is first prepared. A probe array in which a plurality of probes 11 are arranged can be formed on the base 10 using a known method as described above. The base 10 may be a silicon substrate and may include an insulating layer 117 covering the conductive layer 115 while exposing the conductive layer 115 and the tip end 113 formed thereon. have. Such a structure can be obtained by forming the insulating layer 117 and then exposing the tip end 113 through an etching process such as RIE or the like. Here, the height of each probe 11 may be about 45 탆.

이어, 전해 도금을 이용하여 각 탐침(11)의 팁 단부(113)를 둘러싸는 커버체(20)를 형성한다(도 5). 커버체(20)는 예를 들어 전해도금으로 형성되는 구리볼과 같은 구형일 수 있다. 구리볼의 커버체(20)의 형성은 황산구리 용액을 이용하여 구리 전기도금을 행하여 구현될 수 있다. 도전층(115)을 ITO로 형성한 경우에는 노출된 뾰족한 부위의 ITO 부위에서 핵생성이 이루어지면서 대략 구형의 구리볼이 형성될 수 있다. 이때는 일정한 전류 하에서 공정 시간을 조절하여 성장하는 구리볼의 지름을 결정할 수 있으며, 대략 8분 30초 정도 진행하여 11㎛의 지름을 얻을 수 있었다. 도 9는 각 탐침의 팁 단부를 둘러싸도록 형성된 구리볼을 보여주는 전자현미경 사진이다.Next, a cover body 20 surrounding the tip end portion 113 of each probe 11 is formed by electrolytic plating (FIG. 5). The cover body 20 may be spherical, for example, a copper ball formed by electrolytic plating. The cover body 20 of the copper ball may be formed by performing copper electroplating using a copper sulfate solution. When the conductive layer 115 is formed of ITO, the spherical copper balls may be formed by nucleation at the ITO portion of the exposed sharp portion. In this case, the diameter of the growing copper balls can be determined by controlling the process time under a constant current, and the diameter of 11 μm can be obtained by proceeding for about 8 minutes and 30 seconds. Figure 9 is an electron micrograph showing a copper ball formed to surround the tip end of each probe.

다시 제조방법의 설명으로 돌아와서 도 6을 참조한다. 하나 이상의 탐침(11)을 포함하는 베이스(10) 상 전면 위에(over) 템플릿을 위한 층(13')를 형성한다. 템플릿을 위한 층(13')은 투명 고분자인 PDMS일 수 있다. 템플릿을 위한 층(13')은 도 6에 도시한 바와 같이 하나 이상의 탐침(11)과 커버체(20)를 완전히 매몰시키는 두께로 형성될 수 있다. 템플릿을 위한 층(13')의 형성은 예를 들어 PDMS : 경화제를 10 : 1의 비율로 가지는 용액을 일정한 RPM의 회전으로 코팅한 후 약 80℃에서 약 6시간 정도의 열처리를 진행함으로써 구현될 수 있다. 도 10은 템플릿을 위한 층(13')을 투명 고분자인 PDMS로 형성한 상태를 보여주는 전자 현미경 사진이다.Returning to the description of the manufacturing method again, refer to Fig. A layer 13 'for the template is formed over the front surface of the base 10 including one or more probes 11. The layer 13 'for the template may be PDMS, which is a transparent polymer. The layer 13 'for the template may be formed to a thickness that completely buries the at least one probe 11 and the cover body 20 as shown in Fig. Formation of the layer 13 'for the template can be achieved, for example, by coating a solution having a PDMS: curing agent in a ratio of 10: 1 with a rotation of a certain RPM and then conducting a heat treatment at about 80 ° C for about 6 hours . FIG. 10 is an electron micrograph showing a state in which the layer 13 'for the template is formed of PDMS which is a transparent polymer.

이어, 도 7과 같이, 습식 식각을 통해 커버체(20)의 상부 일부가 드러나도록 템플릿을 위한 층(13')의 일부를 제거한다. 여기서의 템플릿을 위한 층(13')의 제거는 예를 들어 TBAF : NMP = 1 : 3 용액을 이용하여 상온(25 ℃)에서 3분 동안 습식 식각 진행하고, O2 : CF4 = 1 : 3 (13 sccm : 37 sccm)가스를 이용한 공정을 20분 동안 건식 식각 진행하여 수행할 수 있다. 이렇게 해서 커버체(20)인 구리볼의 상부 부위 일부가 템플릿을 위한 층(13')의 외부로 노출된 상태를 도 11이 보여준다.7, a part of the layer 13 'for the template is removed so that the upper part of the cover body 20 is exposed through the wet etching. Removal of the layer (13 ') for the template of where, for example, TBAF: NMP = 1: proceeding 3 solution three minutes wet etching while at room temperature (25 ℃) using, and O 2: CF4 = 1: 3 ( 13 sccm: 37 sccm) gas can be performed by dry etching for 20 minutes. 11 shows a state in which a part of the upper part of the copper ball which is the cover body 20 is exposed to the outside of the layer 13 'for the template.

다르게는 템플릿을 위한 층(13') 자체를 도 7과 같이 커버체(20)의 상부 일부가 드러나는 정도의 두께로 형성할 수도 있고, 그 경우 템플릿을 위한 층(13')의 상부 두께를 제거하는 과정이 생략될 수 있다.Alternatively, the layer 13 'for the template itself may be formed to a thickness such that the upper part of the cover body 20 is exposed as shown in FIG. 7, in which case the upper thickness of the layer 13' Can be omitted.

도 8과 같이 커버체(20)를 선택적으로 제거한다. 커버체(20)인 구리볼은 예를 들어 구리에 대한 식각 용액을 이용하여 습식 식각으로 제거될 수 있다.The cover body 20 is selectively removed as shown in Fig. The copper ball, which is the cover body 20, can be removed by wet etching using, for example, an etching solution for copper.

구리볼인 커버체(20)가 제거되면, 템플릿(13)의 제조가 완성된다. 템플릿(13)은 구리볼이 제거된 자리에 형성된 홀(131)들을 가지게 되며, 이러한 홀(131)들은 팁 단부(113)의 둘레에 배치된다. 도시한 실시예에서 홀(131)들은 커버체(20)가 구리볼 형상의 구형이기 때문에 대략 반구체나 절두된 구형일 것이다. 도 12는 커버체(20)인 구리볼이 제거되어 포획 템플릿(13)이 형성된 것을 보여주는 전자 현미경 사진이다.When the copper ball-in cover 20 is removed, the production of the template 13 is completed. The template 13 has holes 131 formed in the places where the copper balls are removed, and these holes 131 are disposed around the tip end 113. In the illustrated embodiment, the holes 131 may be substantially semispherical or truncated spherical because the cover body 20 is spherical in the shape of a copper ball. 12 is an electron microscope photograph showing that the capture template 13 is formed by removing the copper ball as the cover body 20.

이러한 홀(131) 내부에 세포나 조직과 같은 미세 측정 대상물들이 수용 또는 포집될 수 있고, 포집된 측정 대상물은 노출된 전극인 팁 단부(113)와 접촉할 가능성이 매우 높아진다. The micro-measured objects such as cells and tissues can be accommodated or collected in the holes 131, and the collected measurement object is highly likely to come into contact with the tip end 113 as an exposed electrode.

이상, 본 발명의 상세한 설명에서는 커버체적인 실시예에 관해서 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명하다 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made without departing from the scope of the present invention.

10: 베이스, 11: 탐침, 13: 템플릿, 13'; 템플릿을 위한 층, 111: 기둥,
113: 팁 단부, 115: 도전층, 117: 절연층, 131: 홀10: base, 11: probe, 13: template, 13 '; Layer for template, 111: column,
113: tip end portion, 115: conductive layer, 117: insulating layer, 131: hole

Claims (11)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 미세 탐침 전극 소자의 제조방법으로서:
하나 이상의 탐침이 형성된 베이스를 준비하는 단계;
상기 하나 이상의 탐침의 팁 단부 각각을 둘러싸는 하나 이상의 커버체를 형성하는 단계;
상기 하나 이상의 탐침을 포함하는 상기 베이스 상 전면 위에 상기 하나 이상의 탐침과 상기 하나 이상의 커버체를 매몰시키면서 상기 커버체의 상부의 일부를 노출하는 템플릿을 위한 층을 형성하는 단계; 및
상기 커버체를 제거하여 상기 하나 이상의 탐침의 팁 단부 각각을 둘러싸는 하나 이상의 홀을 제공하는 템플릿을 형성하는 단계;를 포함하는, 미세 탐침 전극 소자의 제조방법.
A method of manufacturing a micro probe electrode element comprising:
Preparing a base having at least one probe formed thereon;
Forming one or more covers surrounding each of the tip ends of the at least one probe;
Forming a layer for a template exposing a portion of an upper portion of the cover body while burying the at least one probe and the at least one cover body on the base front surface including the at least one probe; And
Forming a template that removes the cover to provide at least one hole surrounding each of the tip ends of the at least one probe. ≪ RTI ID = 0.0 > 31. < / RTI >
청구항 6에 있어서,
상기 하나 이상의 탐침은 상기 베이스 상에 복수개가 배치된 탐침 어레이인, 미세 탐침 전극 소자의 제조방법.
The method of claim 6,
Wherein the at least one probe is a probe array having a plurality of probes disposed on the base.
청구항 6에 있어서,
상기 하나 이상의 커버체는 구리 전해도금으로 형성하는 것인, 미세 탐침 전극 소자의 제조방법.
The method of claim 6,
Wherein the at least one cover member is formed by copper electroplating.
청구항 6에 있어서,
상기 템플릿은 PDMS로 형성하는 것인, 미세 탐침 전극 소자의 제조방법.
The method of claim 6,
Wherein the template is formed of PDMS.
청구항 6에 있어서,
상기 하나 이상의 커버체의 제거는 습식각을 이용하는 것인, 미세 탐침 전극 소자의 제조방법.
The method of claim 6,
Wherein removal of the one or more covers uses a wetting angle.
청구항 6에 있어서,
상기 하나 이상의 탐침은 기둥 본체와 상기 기둥 본체의 외면에 형성된 도전층과 상기 팁 단부를 제외한 상기 도전층의 외면에 형성된 절연층을 포함하는 것인, 미세 탐침 전극 소자의 제조방법.The method of claim 6,
Wherein the one or more probes include a column body, a conductive layer formed on an outer surface of the column body, and an insulating layer formed on an outer surface of the conductive layer except for the tip end.
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