KR20210033821A - 유기 광원이 집적된 탐침 및 이의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
유기 광원이 집적된 탐침 및 이의 제조 방법이 개시된다. 일 실시예에 따른 유기 광원 집적 방법은, 탐침 소자 위에 제1 박막 봉지막을 형성하는 단계와, 상기 제1 박막 봉지막 상의 제1 영역에 상기 제1 전극을 증착하는 단계와, 상기 제1 박막 봉지막 상의 제2 영역에 상기 절연층을 증착하는 단계와, 상기 제1 전극과 상기 절연층 위에 발광층을 증착하는 단계와, 상기 발광층의 위에 제2 전극을 증착하는 단계와, 상기 제2 전극의 위에 제2 박막 봉지막을 형성하는 단계를 포함한다.
Description
아래 실시예들은 유기 광원이 집적된 탐침 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
탐침은 금속으로 만든 바늘 모양의 도구를 일종의 전극으로 사용하여 센서와 연결하여 물질의 온도나 진동, 화학변화시의 전기적 변화 등을 측정할 수 있다. 광유전학용 탐침은 광원과 뉴럴 시그널 측정 전극을 한 탐침 내에 집적하여 광단백질이 발현한 뉴런을 빛으로 자극함과 동시에 뉴런에서 발생하는 전기적 변화를 측정할 수 있다.
기존의 광유전학용 탐침 소자는 소자 내에 μLED를 집적하거나 웨이브 가이드를 이용해 레이저의 빛을 광유전학용 탐침 소자의 뇌 삽입부 끝에 유도하여 조직에 빛을 조사하였다. 하지만, LED는 국소적일 열 발생으로 인해 뉴런이 부수적으로 활성화되어 손상을 입을 수 있고, 웨이브 가이드는 빛 손실이 커서 파워 효율이 낮다는 한계가 있다.
유기 발광 다이오드(Organic Light-Emitting Diode, OLED)는 빛을 내는 층이 전류에 반응하여 빛을 발산하는 유기 화합물의 필름으로 이루어진 박막 발광 다이오드(LED)이다.
실시예들은 탐침 위에 유기 광원을 집적하는 공정 방법 및 유기 광원을 보호해주는 박막 봉지막의 미세 패터닝 방법을 제공할 수 있다.
일 실시예에 따른 유기 광원 집적 방법은, 탐침 소자 위에 제1 박막 봉지막을 형성하는 단계와, 상기 제1 박막 봉지막 상의 제1 영역에 상기 제1 전극을 증착하는 단계와, 상기 제1 박막 봉지막 상의 제2 영역에 상기 절연층을 증착하는 단계와, 상기 제1 전극과 상기 절연층 위에 발광층을 증착하는 단계와, 상기 발광층의 위에 제2 전극을 증착하는 단계와, 상기 제2 전극의 위에 제2 박막 봉지막을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 발광층은, 유기 발광 물질을 포함 할 수 있다.
상기 제1 전극을 증착하는 단계는, 포토레지스트(photoresist)를 이용하여 상기 제1 박막 봉지막 상에 미세 패턴을 형성하는 단계와, 상기 미세 패턴에 금속층을 증착하는 단계와, 상기 금속층에 리프트 오프(lift off)를 수행하여 상기 제1 영역에 상기 제1 전극을 형성하는 단계를 포함 할 수 있다.
상기 미세 패턴을 형성하는 단계는, 상기 포토레지스트를 이용하여 상기 제1 전극과 상기 제1 전극이 파워 공급기와 연결될 영역을 제외한 영역을 패터닝 하는 단계를 포함 할 수 있다.
상기 절연층을 증착하는 단계는, 상기 제1 박막 봉지막 상에서 상기 제1 전극 부분만 오픈되도록 상기 제2 영역에만 상기 절연층을 증착하는 단계를 포함 할 수 있다.
상기 발광층을 증착하는 단계는, 열 증착기를 이용하여 고진공에서 상기 발광층을 증착하는 단계를 포함 할 수 있다.
상기 발광층을 증착하는 단계는, 상기 발광층을 상기 제2 전극의 컨택 라인(contact line)을 덮지 않으면서 상기 제1 전극 위에만 증착하는 단계를 포함 할 수 있다.
상기 제1 박막 봉지막을 형성하는 단계는, 상기 탐침 소자 위에 상기 제1 박막 봉지막이 형성되도록 상기 탐침 소자를 제외한 웨이퍼 상의 영역을 포토레지스트에 패터닝하는 단계와, 상기 웨이퍼의 전면에 박막 봉지막 층을 코팅하는 단계와, 상기 박막 봉지막 층에 리프트 오프를 수행하여 통해 상기 제1 박막 봉지막을 형성하는 단계를 포함 할 수 있다.
상기 제2 박막 봉지막을 형성하는 단계는, 상기 제2 전극 위에 상기 제2 박막 봉지막이 형성되도록 상기 탐침 소자를 제외한 웨이퍼 상의 영역에 포토레지스트로 패터닝하는 단계와, 상기 웨이퍼의 전면에 박막 봉지막 층을 코팅하는 단계와, 상기 박막 봉지막 층에 리프트 오프를 통해 상기 제2 박막 봉지막을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 박막 봉지막을 코팅하는 단계는, 원자층 증착(Atomic Layer Depostion; ALD) 공정 및 스핀 코팅(Spin coating) 공정을 통해 웨이퍼 전면에 상기 박막 봉지막을 코팅하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 유기 광원 집적 방법은, 웨이퍼(wafer) 위에 희생층(Sacrificial layer)를 증착하는 단계와, 상기 희생층 위에 상기 탐침을 제작하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 탐침은, 시그널링 전극(Signaling electrode)를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 유기 광원이 집적된 탐침 소자는, 상기 탐침 소자 위에 형성된 제1 박막 봉지막과, 상기 제1 박막 봉지막 상의 제1 영역에 증착된 제1 전극과, 상기 제1 박막 봉지막 상의 제2 영역에 증착된 절연층과, 상기 제1전극 및 절연층 위에 증착된 발광층과, 상기 발광층의 위에 증착된 제2 전극과, 상기 제2 전극 위에 형성된 제2 박막 봉지막을 포함할 수 있다.
상기 발광층은, 유기 발광 물질을 포함할 수 있다.
상기 탐침은, 시그널링 전극(signaling electrode)을 포함할 수 있다.
상기 제2 영역은, 상기 제1 박막 봉지막 상의 제1 영역을 제외한 모든 영역일 수 있다.
상기 발광층은, 상기 제2 전극의 컨택 라인(contact line)을 덮지 않으면서 상기 제1 전극 위에만 증착될 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 유기 광원 집적 방법의 공정 과정을 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1에 도시한 유기 광원 집적 방법의 공정 과정을 상세하게 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 도 1에 도시한 유기 광원 집적 방법에 의해 제조된 탐침을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4a 내지 4c는 유기 광원이 집적된 뇌 탐침 소자에 미세 패턴화된 애노드 층을 보여주는 도면이다.
도 5는 도 1에 도시한 유기 광원 집적 방법의 공정 과정 중 박막 봉지막 형성 과정을 상세하게 설명하기 위한 도면이다.
도 6a 내지 6c는 도 5에 도시한 박막 봉지막 형성 과정을 통해 제작된 탐침 소자의 박막 봉지막을 보여주는 도면이다.
도 7은 탐침 소자를 제작하는 과정의 일 예를 보여주는 도면이다.
도 8a 내지 도 8d는 도 1에 도시한 유기 광원 집적 방법을 통해 제조된 탐침 소자의 발광을 보여주는 도면이다.
도 2는 도 1에 도시한 유기 광원 집적 방법의 공정 과정을 상세하게 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 도 1에 도시한 유기 광원 집적 방법에 의해 제조된 탐침을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4a 내지 4c는 유기 광원이 집적된 뇌 탐침 소자에 미세 패턴화된 애노드 층을 보여주는 도면이다.
도 5는 도 1에 도시한 유기 광원 집적 방법의 공정 과정 중 박막 봉지막 형성 과정을 상세하게 설명하기 위한 도면이다.
도 6a 내지 6c는 도 5에 도시한 박막 봉지막 형성 과정을 통해 제작된 탐침 소자의 박막 봉지막을 보여주는 도면이다.
도 7은 탐침 소자를 제작하는 과정의 일 예를 보여주는 도면이다.
도 8a 내지 도 8d는 도 1에 도시한 유기 광원 집적 방법을 통해 제조된 탐침 소자의 발광을 보여주는 도면이다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있어서 특허출원의 권리 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 실시예들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물이 권리 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.
실시예에서 사용한 용어는 단지 설명을 목적으로 사용된 것으로, 한정하려는 의도로 해석되어서는 안된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
제1 또는 제2등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만, 예를 들어 실시예의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 일 실시예에 따른 유기 광원 집적 방법의 공정 과정을 나타내는 도면이다.
유기 광원은 탐침 소자(probe; 200) 위에 집적될 수 있다. 예를 들어, 유기 광원은 시그널링 전극(signaling electrode)를 포함하는 유연한 탐침 소자(200) 위에 미세 패터닝되어 집적될 수 있다.
박막 봉지막은 탐침 소자(200)을 외부 환경으로부터 보호하기 위해 형성될 수 있다. 예를 들어, 탐침 소자(200)에 집적되는 유기 광원의 하부 및/또는 상부에 박막 봉지막이 형성되어 유기 광원을 외부 환경으로부터 보호할 수 있다.
쉐도우 마스크(shadow mask)만을 이용해서 유기 광원을 제작할 경우, 쉐도우 마스크 공정의 특성상 패턴 가장 자리로 갈수록 섬세한 패터닝이 이루어지지 않아 광원의 밝기 및/또는 색이 고르지 않을 수 있다. 또한, 쉐도우 마스크가 고진공 챔버 내에서 인-시투(in-situ)로 변경되어야 하므로, 이 때 정렬이 어긋날 수 있으며, 쉐도우 마스크 공정으로 패턴의 길이 해상도를 수 μm까지 줄일 경우 패턴의 정확도가 낮아지는 문제가 발생할 수 있다.
또한, 쉐도우 마스크를 이용한 증착시 쉐도우 마스크의 두께로 인해 기판과 마스크 사이에 공간이 존재하게 되므로, 제작된 유기 광원의 크기가 900μm2 보다 커질 수 있다. 즉, 금속 전극 층, 유기 광원 층 등의 다층 구조로 유기 광원이 제작될 경우, 유기 광원을 원하는 크기로 정확하게 조절하기가 어려울 수 있다.
탐침 소자(200)에 집적되는 광원은 기존보다 더 작은 크기로 제작될 수 있으며, 박막 봉지막이 형성되어 체내에 삽입시 광원을 외부 환경으로부터 보호할 수 있다. 따라서, 탐침 소자(200)는 안정적으로 국소 부위의 뉴런을 선택적으로 자극할 수 있어 정확한 뇌 연구를 수행할 수 있다.
유기 광원은 쉐도우 마스크를 사용하는 공정 방식을 미세 패턴화 함으로써 뉴런 자극에 충분한 크기인 10μm × 10μm 크기로 제작될 수 있고, 나아가 최소 수 μm 길이로도 제작될 수 있다. 또한, 4-inch 웨이퍼 공정이 가능하므로 대면적 공정을 수행할 수 있다.
예를 들어, 탐침 소자(200)에 수십 내지 수백 μm2 크기의 유기 광원이 집적될 수 있으며 유기 광원의 박막 봉지막이 미세 패터닝되여 유기 광원을 외부로부터 보호할 수 있다.
micro OLED(Organic light-emitting diode)와 시그널링 전극(signaling electrode)이 광 유전학용 뇌 탐침 소자(200)에 집적될 수 있다. 예를 들어, 유연하고 투명한 뇌 탐침 소자(200) 위에 국소 열 발생량이 적은 유기 광원(OLED)이 마이크로 사이즈로 제작되여 집적되고, 집적된 micro OLED를 보호할 수 있는 박막 봉지막이 미세 패터닝되어 광원을 보호할 수 있다.
Micro OLED는 기존의 삽입형 광 자극 뇌 탐침 소자에서 사용되지 않았던 광원이다. 뇌 탐침 소자(200)는 micro OLED와 뉴런의 신호를 측정하는 시그널링 전극이 함께 집적되어 안정적이며 국부적인 광 자극이 가능하고, 뉴런의 신호 측정이 동시에 가능하다.
이하, 유기 광원 집적 방법(10)의 과정에 대해 서술한다.
유기 광원 집적 방법(10)은 탐침(Probe shank; 310)을 웨이퍼(wafer, 100) 위에 배치할 수 있다(S101). 예를 들어, 탐침(310) 위에 유기 광원을 집적하기 위해 탐침(310)을 웨이퍼(100) 위에 배치시킬 수 있다.
유기 광원 집적 방법(10)은 탐침(310) 위에 하부 박막 봉지막을 형성할 수 있다(S102). 예를 들어, 유기 광원 집적 방법(10)은 박막 봉지 공정(Thin Film Encapsulation)을 통해 탐침(200) 위에 박막 봉지막을 패터닝하여 하부 박막 봉지막을 형성시킬 수 있다.
유기 광원 집적 방법(10)은 하부 박막 봉지막 위에 애노드(anode)를 패터닝 할 수 있다(S103). 예를 들어, 애노드는 OLED 애노드일 수 있다.
유기 광원 집적 방법(10)은 하부 박막 봉지막 위에 절연체(insulator)를 패터닝 할 수 있다(S104). 예를 들어, 유기 광원 집적 방법(10)은 하부 박막 봉지막 위에 애노드가 형성되지 않은 영역에 절연체를 패터닝 하여 절연층을 증착시킬 수 있다.
유기 광원 집적 방법(10)은 애노드 및 절연층 위에 발광층 및 캐소드(cathode)을 증착할 수 있다(S105). 예를 들어, 유기 광원 집적 방법(10)은 애노드 및 절연층 위에 발광층을 증착하고, 발광층 위에 캐소드를 증착할 수 있다. 발광층은 유기 발광 물질을 포함할 수 있다.
캐소드를 증착한 이후, 유기 광원 집적 방법(10)은 상부 박막 봉지막을 형성시킬 수 있다(S105). 예를 들어, 유기 광원 집적 방법(10)은 박막 봉지 공정을 통해 유기 발광층을 보호할 수 있도록 박막 봉지막을 패터닝할 수 있다. 즉, 상부 봉지막은 하부 봉지막 위에 증착된 애노드, 절연층, 발광층, 캐소드를 감싸도록 형성될 수 있다.
도 2는 도 1에 도시한 유기 광원 집적 방법의 공정 과정을 상세하게 설명하기 위한 도면이다.
유기 광원 집적 방법(10)은 뇌 탐침 소자(200)의 탐침(310) 위에 박막 봉지막(400-1 및 400-2), 제1 OLED 메탈(300), 제2 OLED 메탈(700), 발광층(600), 및 절연층(800)을 증착할 수 있다.
이때, 제1 OLED 메탈(300)은 애노드 층, 제2 OLED 매탈(700)은 캐소드 층 일 수 있고, 절연층(800)으로 제1 탐침 물질(210)이 이용될 수 있다. 또한, 발광층(600)은 유기물 층(Organic layer)일 수 있다.
S201 내지 S203는 탐침 소자를 제작하는 과정으로, 아래 도 7을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
하부 박막 봉지막(400-1)은 탐침(310) 상에 형성될 수 있다(S204). 하부 박막 봉지막(400-1)은 탐침(310)의 상부 전면에 형성될 수 있다. 예를 들어, 하부 박막 봉지막(400-1)은 탐침(310)의 상부면에 코팅되어 유기 광원을 보호할 수 있다.
애노드 층(300)을 위한 미세 패턴화는 하부 박막 봉지막(400-1) 위에 수행될 있다. 포토레지스트(미도시)가 하부 방막 봉지막(400-1) 위에 형성되고, 애노드 층(300)을 위한 미세 패턴은 포토레지스트(미도시)를 통해 하부 방막 봉지막(400-1) 상에 형성될 수 있다. 이때, 포토레지스트(미도시)는 애노드 전극(300-1)을 배치할 하부 박막 봉지막(400-1) 상의 영역(예를 들어, 제1 영역)을 제외한 영역에 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 영역은 광원 발광을 위한 파워 공급기(미도시)와 애노드 전극(300-1) 사이를 연결하기 위한 메탈 컨택 라인(metal contact line)을 포함할 수 있다.
애노드 층(300)은 하부 박막 봉지막(400-1) 상에 형성된 미세 패턴을 따라 증착될 수 있다(S205). 예를 들어, 애노드 층(300)은 열 증착기를 이용하여 하부 박막 봉지막(400-1) 상에 형성된 미세 패턴에 증착될 수 있다. 즉, 애노드 층(300)은 애노드 전극(300-1)이 형성될 하부 박막 봉지막(400-1) 상의 제1 영역 및 포토레지스트(500)가 코팅된 영역 전면에 증착될 수 있다. 애노드 층(300)은 금속층일 수 있다.
애노드 전극(300-1)은 애노드 층(300)에 리프트 오프(lift off)를 수행하여 하부 박막 봉지막(400-1) 상의 제1 영역에 형성될 수 있다. 예를 들어, 패터닝된 포토레지스트(미도시)는 아세톤 용액으로 리프트 오프하여 제거될 수 있다. 포토레지스트(미도시)가 리프트 오프되면, 애노드 전극(300-1)이 하부 박막 봉지막(400-1) 상의 제1 영역에만 형성될 수 있다. 이를 통해, 애노드 전극(300-1)은 발광 면적에 효율적으로 기여할 수 있는 영역에 증착될 수 있다.
마이크로 사이즈의 OLED의 발광 면적은 미세 패턴화된(또는 미세 패턴화되어 형성된) 애노드 전극(300-1)의 크기와 모양에 따라 결정될 수 있다.
탐침(310) 위에 애노드 전극(300-1)과 광원 발광을 위한 파워 공급기 사이를 연결하기 위한 영역에만 금속층을 증착하기 위해 쉐도우 마스크를 사용할 수 있으나, 이 경우 제조되는 광원의 크기가 900μm2 이상이 되므로 뉴런을 국부적으로 자극하기에 어려움이 있을 수 있다.
절연층(800)은 하부 박막 봉지막(400-1) 위에 미세 패턴화될 수 있다(S206). 예를 들어, 절연층(800)은 하부 박막 봉지막(400-1) 상의 제2 영역에 증착될 수 있다. 이 때, 제2 영역은 하부 박박 봉지막(400-1) 상에 애노드 전극(300-1)이 증착된 제1 영역을 제외한 영역일 수 있다.
절연층(800)은 쉐도우 마스크 및/또는 포토레지스트(미도시)를 이용하여 미세 패턴화 될 수 있다. 또한, 절연층(800)은 이용되는 절연체의 종류에 따라 열 증착기를 이용하는 등의 다양한 방법으로 미세 패턴화 되어 증착될 수 있다.
하부 박막 봉지막(400-1) 상에 애노드 전극(300-1)이 증착되지 않은 영역에 절연층(800)을 증착시킴으로써 애노드(300)와 발광층(600)의 위치가 틀어지는 것을 방지할 수 있으며 원하는 영역에서 광원이 발광할 수 있다.
즉, 절연층(800)의 미세 패턴화를 통해 다층의 구조가 형성됨에도, 층간의 위치 틀어짐 없이 마이크로 사이즈의 OLED는 탐침(310) 위에 형성될 수 있다.
발광층(600)은 애노드 전극(300-1) 및 절연층(800) 위에 증착될 수 있다(S207). 예를 들어, 발광층(600)은 열 증착기를 이용하여 고진공에서 증착될 수 있다. 이 때, 발광층(600)은 유기물(예를 들어, 유기 발광 물질)을 포함할 수 있다.
발광층(600)이 쉐도우 마스크를 이용하여 증착될 때, 발광층(600)이 캐소드용 컨택 라인을 덮지 않고 애노드층(300) 위에만 증착되도록 할 수 있다.
캐소드 층(700)은 발광층(600) 위에 증착될 수 있다(S207). 예를 들어, 캐소드 층(700)은 발광층(600)과 캐소드용 컨택 라인(contact line)을 모두 덮도록 증착되어, 발광층(600) 보호(passivation)와 캐소드 전극 접촉이 동시에 가능하도록 할 수 있다. 캐소드 층(700)은 금속층일 수 있다.
상부 박막 봉지막(400-2)는 증착된 유기 광원의 가장 상부에 형성될 수 있다(S207). 예를 들어, 상부 박막 봉지막(400-2)은 유기 광원의 가상부에 코팅되어 유기 광원을 보호할 수 있다.
도 3은 도 1에 도시한 유기 광원 집적 방법에 의해 제조된 탐침을 개략적으로 나타내는 도면이다.
뇌 탐침 소자(200)는 탐침(310), 뉴럴 시그널링 라인 컨택 패드(Neural signaling line contact pad; 미도시; 이하 '뉴럴 컨택 패드'라 함), 및 OLED 캐소드 및 애노드 컨택 라인 컨택 패드(OLED cathode & anode contact line contact pad; 미도시; 이하 'OLED 컨택 패드'라 함)를 포함할 수 있다.
애노드(300), 유기물(600), 및 캐소드(700)는 탐침(310) 위에 증착될 수 있다.
메탈 컨택 라인을 통해 OLED 컨택 패드(미도시)에서 애노드(300)로 전원이 공급될 수 있고, 전원이 공급됨에 따라 애노드(300)가 증착된 영역에 접촉된 유기물(600)이 발광할 수 있다. 유기물(600)은 메탈 컨택 라인에서도 발광할 수 있다.
탐침(310)은 시그널링 전극을 포함할 수 있다. 시그널링 전극을 통해 뉴런의 신호를 감지할 수 있고, 감지된 신호는 뉴럴 컨택 패드(미도시)로 전달될 수 있다.
애노드(300)를 제외한 탐침(310)의 표면은 절연체로 코팅(또는 패터닝)되어서 애노드(300)가 안정적으로 유기물(600)과 접촉할 수 있고, 원하는 곳에서만 유기물(600)이 발광하도록 할 수 있다.
도 4a 내지 4c는 유기 광원이 집적된 뇌 탐침 소자에 미세 패턴화된 애노드 층을 보여주는 도면이다.
도 4a는 원하는 영역에 애노드(300)를 증착하기 위해 포토레지스트(500)을 미세 패터닝한 일 예를 나타낸다. 또한, 애노드(300)를 연결하기 위한 메탈 컨택 라인을 증착하기 위한 포토레지스트(500) 패터닝을 나타낸다.
도 4b는 금속층을 증착한 후 리프트 오프를 통해 애노드(300)를 미세 패턴화한 일 예를 나타낸다.
도 4c는 탐침(310) 위에 애노드(300)의 미세 패터닝이 완료된 일 예를 나타낸다.
도 5는 도 1에 도시한 유기 광원 집적 방법의 공정 과정 중 박막 봉지막 형성 과정을 상세하게 설명하기 위한 도면이다.
박막 봉지막(400-1 및 400-2)은 발광층(600), 예를 들어 마이크로 OLED를 감싸도록 형성될 수 있다. 박막 봉지막(400-1 및 400-2)는 마이크로 OLED를 외부 환경으로부터 보호할 수 있다.
박막 봉지막(400-1 및 400-2)은 원자층 증착(Atomic layer deposition(ALD)) 공정과 스핀 코팅(Spin coating) 공정으로 웨이퍼 전면에 형성될 수 있다. 스핀 코팅 공정은 솔루션이 전면에 균일하게 코팅이 되는 방식이기 때문에 물리적인 방법으로 박막 봉지막(400-1 및 400-2)을 마이크로 사이즈로 패터닝하기 어렵다. 또한, 박막 봉지막(400-1 및 400-2)의 경우, 유기물과 무기물로 구성되기 때문에 산 또는 염기 등의 금속 에천트(Etchant)에 담갔을 때, 봉지막 층이 에천트에 손상을 입으므로 본래의 기능을 유지하기가 어려울 수 있다.
박막 봉지막(400-1 및 400-2)을 웨이퍼 전면에 코팅한 후, 리프트 오프(lift off) 방식을 이용하여 박막 봉지막(400-1 및 400-2)를 미세 패터닝 할 수 있다.
즉, 박막 봉지막(400-1 및 400-2)의 미세 패턴 형성을 위해 포토레지스트(500)의 하드 베이크(hard bake) 시간을 조절해 미세 패턴화가 불가능한 박막 봉지막(400-1 및 400-2)을 미세 패턴화 할 수 있다.
웨이퍼(100) 전면에 형성된 유기물 및 무기물 층은 하드 베이크 시간 조절을 통해 스핀 코팅(Spin coating) 및 ALD 방식으로 미세 패턴화가 가능하므로, 마이크로 사이즈의 뇌 탐침 소자(200)에 안정적인 성능을 가지는 마이크로 사이즈의 유기 광원(600)을 집적할 수 있다.
탐침(310)은 희생층(150) 위에 배치될 수 있다(S501).
포토레지스트(500)는 탐침(310) 주위를 감싸도록 패터닝 될 수 있다(S502). 포토레지스트(500)는 탐치(310)이 배치된 영역을 제외한 웨이퍼 전면에 코팅될 수 있다. 따라서, 포토 레지스트(500)를 리프트 오프할 경우 탐침(310) 위에만 하부 박막 봉지막(400-1)이 형성될 수 있다.
박막 봉지막(400-1)은 원자층 증착 공정과 스핀 코팅(Spin coating) 공정으로 웨이퍼 전면에 형성될 수 있다(S503).
하부 박막 봉지막(400-1)은 포토레지스트(500)를 리프트 오프하여 탐침(310) 상에 형성될 수 있다. 포토레지스트(500)를 리프트 오프하면 포토레지스트(500)가 코팅되었던 영역상에 코팅된 박막 봉지막(400-1)이 제거되고 포토레지스트(500)가 코팅되지 않았던 탐침(310) 상의 박막 봉지막(400-1)만 남겨지기 때문에, 탐침(310) 상에 하부 박막 봉지막(400-1)이 형성될 수 있다.
마이크로 OLED는 하부 박막 봉지막(400-1) 상에 제작될 수 있다. 예를 들어, 마이크로 OLED는 하부 박막 봉지막(400-1) 상에 애노드(300), 절연층(800), 발광층(600), 및 캐소드(700)를 증착하여 제작될 수 있다.
박막 봉지막(400-2)은 탐침(310) 위에 배치된 마이크로 OLED를 감싸기 위해 상부 형성될 수 있다. 하부 박막 봉지막(400-1)을 형성하는 과정과 동일하게 포토레지스트(500)를 탐침(310)의 주위에 패터닝하고, 박막 봉지막(400-2)를 웨이퍼 전면에 코팅할 수 있다(S506).
마이크로 OLED를 감싸는 상부 박막 봉지막(400-2)은 포토레지스트(500)를 리프트 오프하여 형성될 수 있다.
하부 박막 봉지막(400-1) 및 상부 박막 봉지막(400-2)은 탐침(310) 위에 배치된 마이크로 OLED를 완전히 감싸 외부 환경으로부터 보호할 수 있다.
도 6a 내지 6c는 도 5에 도시한 박막 봉지막 형성 과정을 통해 제작된 탐침 소자의 박막 봉지막을 보여주는 도면이다.
탐침 소자(200)의 표면에 박막 봉지막(400-1 및 400-2)이 형성된 모습을 확인할 수 있다. 박막 봉지막(400-1 및 400-2)은 탐침(310)에 집적된 OLED를 외부 환경으로부터 효율적으로 보호할 수 있다.
도 7은 탐침 소자를 제작하는 과정의 일 예를 보여주는 도면이다.
탐침 소자(200)는 웨이퍼(100) 상에 제작될 수 있다. 예를 들어, 탐침 소자(200)는 웨이퍼(100) 상에 제1 탐침 물질(first probe material; 210), 제2 탐침 물질(second probe material; 230), 및 시그널링 전극(signaling electrode; 900)을 증착하여 제작할 수 있다.
희생층(130)은 웨이퍼(100) 위에 증착될 수 있고, 제1 탐침 물질(230)은 희생층(130) 위에 패터닝 될 수 있다(S601). 웨이퍼(100) 위에 희생층(130)을 증착 함으로써 제작된 탐침 소자(200)를 웨이퍼에서 분리할 수 있다. 제1 탐침 물질(210)은 탐침 소자(200)의 구조를 형성하기 위한 것으로 절연체를 이용할 수 있다.
시그널링 전극(900) 및/또는 메탈 컨택 라인이 패터닝 될 수 있다(S602). 예를 들어 시그널링 전극(900) 및/또는 메탈 컨택 라인은 포토레지스트(500)의 미세 패턴에 금속층을 증착한 후 포토레지스트(500)를 리프트 오프하여 패터닝 될 수 있다.
제2 탐침 물질(230)은 제1 탐침 물질(210), 시그널링 전극(900) 및/또는 메탈 컨택 라인 상부 및 외부에 패터닝될 수 있다(S603). 제2 탐침 물질(230)은 제1 탐침 물질(210)과 다른 소재를 이용하여 접착력을 향상시킬 수 있다. 제2 탐침 물질(230)은 웨이퍼 전면에 증착되기 때문에, 하부에 제1 탐침 물질(230), 시그널링 전극(900), 및 메탈 컨텍라인이 증착된 영역을 감싸도록 형성하기 위해 포토레지스트(500) 및 메탈 마스크(metal mask)를 이용할 수 있다.
제2 탐침 물질(230) 상부에 제1 탐침 물질(210)을 패터닝할 수 있다(S604). 예를 들어, 포토레지스트(500) 및 메탈 마스크를 이용하여 제1 탐침 물질(210)을 패터닝 할 수 있다.
예를 들어, 포토레지스트(500)는 제2 탐침 물질(230)위에 패터닝될 수 있고, 메탈층은 포토레지스트(500) 위에 증착될 수 있다. 불필요한 영역에 증착된 제2 탐침 물질(230)을 에칭하기 위해 메탈 마스크를 필요한 영역에 맞게 패터닝 할 수 있다. 포토레지스트(500)는 제2 탐침 물질(230)을 에칭하기 위한 영역에만 패터닝되며 메탈층과 함께 리프트 오프될 수 있다. 이 때, 메탈 마스크는 Al 일 수 있다.
메탈 마스크로 막혀있는 영역을 제외한 제2 탐침 물질(230)을 에칭할 수 있다. 예를 들어, O2 플라즈마 에칭을 통해 불필요한 영역의 제2 탐침 물질(230)을 에칭할 수 있다.
제2 탐침 물질(230)을 에칭하기 위해 증착한 메탈 마스크는 제거될 수 있다. 그 후, 가장 상부에 제1 탐침 물질(210)이 패터닝 될 수 있다. 예를 들어, 제1 탐침 물질(210)은 하부에 증착된 층들위에 두껍게 형성될 수 있다.
도 8a 내지 도 8d는 도 1에 도시한 유기 광원 집적 방법을 통해 제조된 탐침 소자의 발광을 보여주는 도면이다.
도 8a 내지 도 8d를 참조하면, 유기 광원이 성공적으로 탐침(310)에 집적되어 발광함을 확인할 수 있다.
애노드 층(300)의 미세 패턴화를 통해 유기 광원을 마이크로 사이즈로 제작하고, 박막 봉지막(400-1 및 400-2)의 미세 패턴화를 통해 외부 환경으로부터 안정적으로 동작할 수 있는 마이크로 사이즈의 유기 광원을 뇌 탐침 소자(200)에 집적함으로써 뉴런의 국부적 광 자극 및 이를 통한 뉴런의 신호 측정이 가능할 수 있다.
또한, 마이크로 OLED의 발광층은 쉐도우 마스크를 사용한 열 증착 공정으로 제작되기 때문에 쉐도우 마스크 패터닝을 통해 뇌 탐침 소자(200) 위에 증착된 각 OLED 픽셀의 색을 다양하게 제작할 수 있다. 즉, 한 개의 뇌 탐침 소자(200) 내에서도 여러가지 파장의 빛을 조사함으로써 다양한 광단백질을 자극할 수 있기 때문에 한 번에 활성화시킬 수 있는 뉴런의 종류를 늘릴 수 있다.
박막 봉지막의 패터닝 공정은 추후 OLED microarray와 같은 디바이스에서 OLED 각 픽셀을 독립적으로 보호할 수 있다.
실시예에 따라 제작된 소자로 측정한 데이터는 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.
Claims (17)
- 탐침 위에 제1 박막 봉지막을 형성하는 단계;
상기 제1 박막 봉지막 상의 제1 영역에 상기 제1 전극을 증착하는 단계;
상기 제1 박막 봉지막 상의 제2 영역에 상기 절연층을 증착하는 단계;
상기 제1 전극과 상기 절연층 위에 발광층을 증착하는 단계;
상기 발광층의 위에 제2 전극을 증착하는 단계; 및
상기 제2 전극의 위에 제2 박막 봉지막을 형성하는 단계
를 포함하는 유기 광원 집적 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 발광층은,
유기 발광 물질을 포함하는 유기 광원 집적 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 제1 전극을 증착하는 단계는,
포토레지스트(photoresist)를 이용하여 상기 제1 박막 봉지막 상에 미세 패턴을 형성하는 단계;
상기 미세 패턴에 금속층을 증착하는 단계; 및
상기 금속층에 리프트 오프(lift off)를 수행하여 상기 제1 영역에 상기 제1 전극을 형성하는 단계
를 포함하는 유기 광원 집적 방법.
- 제3항에 있어서,
상기 미세 패턴을 형성하는 단계는,
상기 포토레지스트를 이용하여 상기 제1 전극과 상기 제1 전극이 파워 공급기와 연결될 영역을 제외한 영역을 패터닝 하는 단계
를 포함하는 유기 광원 집적 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 절연층을 증착하는 단계는,
상기 제1 박막 봉지막 상에서 상기 제1 전극 부분만 오픈되도록 상기 제2 영역에만 상기 절연층을 증착하는 단계
를 포함하는 유기 광원 집적 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 발광층을 증착하는 단계는,
열 증착기를 이용하여 고진공에서 상기 발광층을 증착하는 단계
를 포함하는 유기 광원 집적 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 발광층을 증착하는 단계는,
상기 발광층을 상기 제2 전극의 컨택 라인(contact line)을 덮지 않으면서 상기 제1 전극 위에만 증착하는 단계
를 포함하는 유기 광원 집적 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 제1 박막 봉지막을 형성하는 단계는,
상기 탐침 소자 위에 상기 제1 박막 봉지막이 형성되도록 상기 탐침 소자를 제외한 웨이퍼 상의 영역에 포토레지스트를 패터닝하는 단계;
상기 웨이퍼의 전면에 박막 봉지막 층을 코팅하는 단계; 및
상기 박막 봉지막 층에 리프트 오프를 수행하여 상기 제1 박막 봉지막을 형성하는 단계
를 포함하는 유기 광원 집적 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 제2 박막 봉지막을 형성하는 단계는,
상기 제2 전극 위에 상기 제2 박막 봉지막이 형성되도록 상기 탐침 소자를 제외한 웨이퍼 상의 영역을 포토레지스트로 패터닝하는 단계;
상기 웨이퍼의 전면에 박막 봉지막 층을 코팅하는 단계; 및
상기 박막 봉지막 층에 리프트 오프를 수행하여 상기 제2 박막 봉지막을 형성하는 단계
를 포함하는 유기 광원 집적 방법.
- 제8항에 있어서,
상기 박막 봉지막 층을 코팅하는 단계는,
원자층 증착(Atomic Layer Depostion; ALD) 공정 및 스핀 코팅(Spin coating) 공정을 통해 웨이퍼 전면에 상기 박막 봉지막 층을 코팅하는 단계
를 포함하는 유기 광원 집적 방법.
- 제1항에 있어서,
웨이퍼(wafer) 위에 희생층(Sacrificial layer)를 증착하는 단계; 및
상기 희생층 위에 상기 탐침을 제작하는 단계
를 더 포함하는 유기 광원 집적 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 탐침은,
시그널링 전극(Signaling electrode)를 포함하는
유기 광원 집적 방법.
- 탐침;
상기 탐침 소자 위에 형성된 제1 박막 봉지막;
상기 제1 박막 봉지막 상의 제1 영역에 증착된 제1 전극;
상기 제1 박막 봉지막 상의 제2 영역에 증착된 절연층;
상기 제1 전극 및 절연층 위에 증착된 발광층;
상기 발광층의 위에 증착된 제2 전극; 및
상기 제2 전극 위에 형성된 제2 박막 봉지막
을 포함하는 유기 광원이 집적된 탐침 소자.
- 제13항에 있어서,
상기 발광층은,
유기 발광 물질을 포함하는 유기 광원이 집적된 탐침 소자.
- 제13항에 있어서,
상기 탐침은,
시그널링 전극(signaling electrode)을 포함하는
유기 광원이 집적된 탐침 소자.
- 제13항에 있어서,
상기 제2 영역은,
상기 제1 박막 봉지막 상의 제1 영역을 제외한 모든 영역인
유기 광원이 집적된 탐침 소자.
- 제13항에 있어서,
상기 발광층은,
상기 제2 전극의 컨택 라인(contact line)을 덮지 않으면서 상기 제1 전극 위에만 증착된
유기 광원이 집적된 탐침 소자.
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