KR102435899B1 - Micro probe array device comprising flexible substrate and manufacturing method of the device - Google Patents

유연 기판을 가지는 미세 탐침 어레이 장치 및 제조 방법이 개시된다. 미세 탐침 어레이 장치는 기판; 상기 기판을 관통하여 형성된 비아 컨택; 상기 비아 컨택의 상단에 형성된 탐침 형태의 워킹 전극; 상기 비아 컨택의 하단에 형성되어 상기 워킹 전극에 전기 신호를 제공하는 레퍼런스 전극; 상기 워킹 전극의 경사면에 배치된 절연층을 포함하고, 객체의 곡률에 대응되도록 상기 기판은 외부 압력에 의해 밴딩될 수 있는 유연 물질로 구성될 수 있다.Disclosed are a microprobe array device and a manufacturing method having a flexible substrate. The microprobe array device comprises a substrate; a via contact formed through the substrate; a working electrode in the form of a probe formed on the top of the via contact; a reference electrode formed at a lower end of the via contact to provide an electrical signal to the working electrode; The substrate may include an insulating layer disposed on the inclined surface of the working electrode, and the substrate may be made of a flexible material that can be bent by external pressure to correspond to the curvature of the object.

유연 기판을 가지는 미세 탐침 어레이 장치 및 제조 방법 {MICRO PROBE ARRAY DEVICE COMPRISING FLEXIBLE SUBSTRATE AND MANUFACTURING METHOD OF THE DEVICE}Microprobe array device and manufacturing method having a flexible substrate

아래 실시예들은 유연 기판을 가지는 미세 탐침 어레이 장치 및 제조 방법에 관한 것이다.The following embodiments relate to a micro probe array device and a manufacturing method having a flexible substrate.

특정 조직에 전기 자극을 제공하기 위해 복수의 전극들로 구성된 장치가 사용되었다.A device composed of a plurality of electrodes has been used to provide electrical stimulation to specific tissues.

하지만, 복수의 전극들 사이에 간섭이 높은 경우 공간해상도가 높지 않아서 효과가 낮은 문제가 있다. 그리고, 특정 조직은 불규칙한 형태로 곡률을 가지고 있다. 그래서, 장치는 조직의 곡률에 따라 조직에 밀착되면서도 일정 깊이로 전극이 조직에 삽입되도록 이식되는 것이 필요하다. 또한, 복수의 전극들 각각에 개별적인 전기 신호를 적용하여 조직에서 국부적인 영역에 자극을 가할 필요도 있다.However, when the interference between the plurality of electrodes is high, the spatial resolution is not high, so there is a problem in that the effect is low. And, a specific tissue has a curvature in an irregular shape. Therefore, the device needs to be implanted so that the electrode is inserted into the tissue to a certain depth while closely adhering to the tissue according to the curvature of the tissue. In addition, it is also necessary to apply an individual electrical signal to each of the plurality of electrodes to apply stimulation to a localized area in the tissue.

한국특허등록공보 제10-1978600호 (2019.05.08 등록)Korean Patent Registration Publication No. 10-1978600 (Registered on May 8, 2019)

본 발명은 유연 기판을 갖는 미세 탐침의 전극을 이용하여 곡률을 가지는 객체의 전체 면적에 이식이 가능하도록 하는 장치를 제공한다.The present invention provides a device that enables implantation in the entire area of an object having a curvature using an electrode of a microprobe having a flexible substrate.

본 발명은 미세 탐침의 전극으로 측정한 신호의 피드백을 통해 미세 탐침의 후면에 적용되는 압력을 조절하여 전극의 높이가 변경되는 장치를 제공한다.The present invention provides a device in which the height of the electrode is changed by adjusting the pressure applied to the rear surface of the microprobe through feedback of a signal measured by the electrode of the microprobe.

본 발명의 일실시예에 따른 미세 탐침 어레이 장치는 기판; 상기 기판을 관통하여 형성된 비아 컨택; 상기 비아 컨택의 상단에 형성된 탐침 형태의 워킹 전극; 상기 비아 컨택의 하단에 형성되어 상기 워킹 전극에 전기 신호를 제공하는 레퍼런스 전극; 상기 워킹 전극의 경사면에 배치된 절연층을 포함하고, 객체의 곡률에 대응되도록 상기 기판은 외부 압력에 의해 밴딩될 수 있는 유연 물질로 구성될 수 있다.A microprobe array device according to an embodiment of the present invention includes: a substrate; a via contact formed through the substrate; a working electrode in the form of a probe formed on the top of the via contact; a reference electrode formed at a lower end of the via contact to provide an electrical signal to the working electrode; The substrate may include an insulating layer disposed on the inclined surface of the working electrode, and the substrate may be made of a flexible material that can be bent by external pressure to correspond to the curvature of the object.

상기 워킹 전극의 팁 영역은 절연층에 의해 커버되지 않아 외부로 노출되고, 상기 워킹 전극의 팁 영역을 제외한 나머지 영역은 절연층에 의해 커버될 수 있다.A tip region of the working electrode may not be covered by the insulating layer and thus exposed to the outside, and a region other than the tip region of the working electrode may be covered by the insulating layer.

상기 워킹 전극의 높이는, 기판과 워킹 전극의 팁 영역에 접촉되는 객체들 간의 거리에 따라 다르게 설정되고, 상기 거리는, 객체의 형태나 곡률에 따라 결정될 수 있다.The height of the working electrode may be set differently according to a distance between the substrate and the objects in contact with the tip region of the working electrode, and the distance may be determined according to the shape or curvature of the object.

상기 워킹 전극은, 비아 컨택을 통해 레퍼런스 전극과 연결되고, 비아 컨택은 기판에서 미리 설정된 간격에 따라 이격되어 서로 독립적으로 배치될 수 있다.The working electrode may be connected to the reference electrode through a via contact, and the via contact may be spaced apart from each other at a predetermined interval on the substrate and disposed independently of each other.

상기 미세 탐침 어레이 장치의 하단에 유연 PCB가 결합되고, 상기 유연 PCB는, 미세 탐침 어레이 장치의 레퍼러스 전극의 위치에 홀이 형성되어 도전성 에폭시를 통해 미세 탐침 어레이 장치와 결합될 수 있다.A flexible PCB may be coupled to a lower end of the microprobe array device, and the flexible PCB may be coupled to the microprobe array device through conductive epoxy by forming a hole at a position of a reference electrode of the microprobe array device.

상기 워킹 전극의 팁 영역은, 객체와 접촉하여 비아 컨택을 통해 전달된 전기 신호를 객체에 제공하거나 또는 객체로부터 전기 신호를 획득할 수 있다.The tip region of the working electrode may contact the object to provide an electrical signal transmitted through a via contact to the object or obtain an electrical signal from the object.

워킹 전극의 높이는 객체의 곡률에 대응되도록 조절될 수 있다.The height of the working electrode may be adjusted to correspond to the curvature of the object.

상기 절연층의 경사면에 카운터 전극이 배치되고, 상기 워킹 전극, 카운터 전극 간에 전기 신호의 흐름이 형성될 수 있다.A counter electrode may be disposed on an inclined surface of the insulating layer, and an electrical signal may flow between the working electrode and the counter electrode.

상기 워킹 전극은, 엑추에이터의 기계적인 압력이 레퍼런스 전극에 적용되면 객체와의 거리가 가까워지거나 또는 객체에 삽입되는 깊이가 증가할 수 있다.As for the working electrode, when the mechanical pressure of the actuator is applied to the reference electrode, the distance to the object may be increased or the depth to be inserted into the object may increase.

상기 기계적인 압력은, 상기 워킹 전극으로부터 출력된 전기 신호가 객체로부터 피드백된 결과에 기초하여 결정될 수 있다.The mechanical pressure may be determined based on a result of the electrical signal output from the working electrode being fed back from the object.

상기 피드백된 결과에 대응하는 전기 신호가 일정 크기 이하인 경우, 기계적인 압력이 증가할 수 있다.When the electrical signal corresponding to the feedback result is equal to or less than a predetermined level, mechanical pressure may increase.

상기 기판은, 외부 압력에 의해 형태가 변형되지 않는 고정된 소재로 구성되거나 또는 외부 압력에 의해 형태가 변형되는 유연한 소재로 구성될 수 있다.The substrate may be made of a fixed material that is not deformed in shape by external pressure or may be made of a flexible material whose shape is deformed by external pressure.

본 발명의 일실시예에 따른 미세 탐침 어레이 장치의 제조 방법은 (1) 실리콘 웨이퍼의 후면에 알루미늄, 실리콘 산화막, 및 감광제를 순차적으로 패터닝하는 공정; (2) 개별 어드레싱을 위해 실리콘 웨이퍼의 후면에 패터닝된 알루미늄 전극을 마스크로 비등방성 식각하는 공정; (3) 감광제를 제거하고, 실리콘 원기둥들 사이의 영역에 실리콘 산화막을 증착하고, 산소 플라즈마 처리를 하는 공정; (4) 실리콘 원기둥들 사이의 영역에 유연 물질을 채우고, 실리콘 원기둥 위에 남아 있는 유연 물질을 제거하는 습식 식각하는 공정; (5) 실리콘 웨이퍼의 전면에 실리콘 산화막과 감광제를 패터닝하는 공정; (6) 미세 탐침의 전극을 위해 비등방성 식각하는 공정; (7) 감광제와 산화막을 제거한 뒤, 습식 식각을 통해 미세 탐침을 제작하는 공정; (8) 유연 물질과 감광제와의 접착력을 높이기 위해 산소 플라즈마를 처리하고, 감광제를 증착하는 공정; (9) 첫번째 자기정렬 공정을 통해 감광제를 선택적으로 식각하는 공정; (10) 미세 탐침의 전극을 생성하기 위해 워킹 전극에 대응하는 도전성 물질을 증착하는 공정; (11) 리프트 오프를 통해 감광제를 제거하고, 미세 탐침의 팁 영역에 도전성 물질이 남아있도록 하는 공정; (12) 실리콘 웨이퍼의 전면에 절연층에 대응하는 절연 물질을 증착하는 공정; (13) 실리콘 웨이퍼의 전면에 감광제를 스핀 코팅하고, 두번째 자기정렬 공정을 적용하여 미세 탐침의 팁 영역에 절연 물질을 선택적으로 식각하는 공정; (14) 실리콘 웨이퍼의 후면에 알루미늄 전극을 보호하는 실리콘 산화막을 제거하고 다이싱하는 공정을 포함할 수 있다.A method of manufacturing a microprobe array device according to an embodiment of the present invention includes: (1) sequentially patterning aluminum, a silicon oxide film, and a photosensitizer on the back surface of a silicon wafer; (2) anisotropically etching the patterned aluminum electrode as a mask on the back side of the silicon wafer for individual addressing; (3) removing the photosensitizer, depositing a silicon oxide film in the region between the silicon cylinders, and performing oxygen plasma treatment; (4) a wet etching process of filling the region between the silicon cylinders with a flexible material and removing the flexible material remaining on the silicon cylinder; (5) a step of patterning a silicon oxide film and a photosensitizer on the entire surface of the silicon wafer; (6) anisotropic etching for the electrode of the microprobe; (7) after removing the photoresist and the oxide film, a process of fabricating a fine probe through wet etching; (8) treating an oxygen plasma and depositing a photosensitizer in order to increase adhesion between the related material and the photosensitizer; (9) a process of selectively etching a photosensitizer through a first self-alignment process; (10) depositing a conductive material corresponding to the working electrode to produce an electrode of the microprobe; (11) removing the photosensitizer through lift-off, leaving the conductive material in the tip region of the microprobe; (12) depositing an insulating material corresponding to the insulating layer on the front surface of the silicon wafer; (13) a process of spin-coating a photosensitizer on the entire surface of the silicon wafer and selectively etching the insulating material in the tip region of the microprobe by applying a second self-alignment process; (14) removing and dicing the silicon oxide film protecting the aluminum electrode on the back surface of the silicon wafer may be included.

본 발명의 일실시예에 따르면, 미세 탐침들을 개별 어드레싱 가능하게 하여 특정 부분의 신호를 볼 수 있고 객체에 각각 다른 자극을 줄 수 있다.According to an embodiment of the present invention, it is possible to individually address the fine probes, so that a signal of a specific part can be seen and a different stimulus can be given to an object.

본 발명의 일실시예에 따르면, 기판을 유연 물질을 구성함으로써 곡률을 가지는 신경이나 세포 등과 같은 객체의 전체 면적에 미세 탐침 어레이 장치의 이식이 가능하도록 한다.According to one embodiment of the present invention, the microprobe array device can be implanted in the entire area of an object such as a nerve or cell having a curvature by forming the substrate with a flexible material.

본 발명의 일실시예에 따르면, 미세 탐침의 끝단 부분에만 전극 영역이 노출되어 노이즈를 줄일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the electrode area is exposed only at the tip of the microprobe, so that noise can be reduced.

본 발명의 일실시예에 따르면, 미세 탐침의 전극으로 측정한 신호의 피드백을 통해 미세 탐침의 후면에 적용되는 압력을 조절하여 전극의 높이가 변경되어 객체에 균일한 전기 신호의 제공이 가능하다.According to an embodiment of the present invention, the height of the electrode is changed by adjusting the pressure applied to the rear surface of the microprobe through feedback of a signal measured by the electrode of the microprobe, so that it is possible to provide a uniform electrical signal to the object.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 미세 탐침 어레이 장치가 객체에 이식된 결과를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 미세 탐침 어레이 장치를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 미세 탐침 어레이 장치와 유연 PCB와의 결합 관계를 도시한 도면이다.
도 4 내지 도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 미세 탐침 어레이 장치의 제조 방법을 도시한 도면이다.1 is a diagram illustrating a result of implanting a micro probe array device into an object according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram illustrating a micro-probe array device according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram illustrating a coupling relationship between a micro-probe array device and a flexible PCB according to an embodiment of the present invention.
4 to 10 are diagrams illustrating a method of manufacturing a fine probe array device according to an embodiment of the present invention.

이하, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 특허출원의 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the scope of the patent application is not limited or limited by these embodiments. Like reference numerals in each figure indicate like elements.

아래 설명하는 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있다. 아래 설명하는 실시예들은 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 이들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Various modifications may be made to the embodiments described below. It should be understood that the embodiments described below are not intended to limit the embodiments, and include all modifications, equivalents, and substitutions thereto.

제1 또는 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이런 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 이해되어야 한다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.Terms such as first or second may be used to describe various elements, but these terms should be understood only for the purpose of distinguishing one element from another element. For example, a first component may be termed a second component, and similarly, a second component may also be termed a first component.

실시예에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 실시예를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수 개의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 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.Terms used in the examples are only used to describe specific examples, and are not intended to limit the examples. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, terms such as "comprises" or "have" are intended to designate that the features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification exist, but one or more other features It is to be understood that this does not preclude the possibility of the presence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

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.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the embodiment belongs. Terms such as those defined in a commonly used dictionary should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and should not be interpreted in an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in the present application. does not

또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조 부호를 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.In addition, in the description with reference to the accompanying drawings, the same components are assigned the same reference numerals regardless of the reference numerals, and the overlapping description thereof will be omitted. In the description of the embodiment, if it is determined that a detailed description of a related known technology may unnecessarily obscure the gist of the embodiment, the detailed description thereof will be omitted.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 미세 탐침 어레이 장치를 도시한 도면이다.1 is a diagram illustrating a micro-probe array device according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참고하면, 전기 신호를 제공하거나 또는 전기 신호가 발생되는 조직 (이하, 객체)(101)에 미세 탐침 어레이 장치(100)가 배치될 수 있다. 일례로, 객체는 망막이나 신경 세포 등을 포함할 수 있다. 미세 탐침 어레이 장치(100)는 반도체 공정에 따라 제조될 수 있다. 미세 탐침 어레이 장치(100)는 복수의 전극들이 어레이 형태로 배치될 수 있다. 미세 탐침 어레이 장치(100)는 마이크로 단위의 크기를 가지는 복수의 전극들을 개별적으로 어드레싱하여 전기 신호를 제공할 수 있다. 여기서, 복수의 전극들의 팁 영역은 탐침 형태(probe)로 구성될 수 있다.Referring to FIG. 1 , the microprobe array device 100 may be disposed in a tissue (hereinafter, referred to as an object) 101 that provides an electrical signal or generates an electrical signal. For example, the object may include a retina or a nerve cell. The fine probe array device 100 may be manufactured according to a semiconductor process. In the fine probe array device 100 , a plurality of electrodes may be disposed in an array form. The fine probe array device 100 may provide an electrical signal by individually addressing a plurality of electrodes having a size of a micro unit. Here, the tip region of the plurality of electrodes may be configured in a probe shape.

본 발명의 일실시예에 따른 미세 탐침 어레이 장치(100)에 포함된 기판이 유연 물질로 구성될 수 있다.The substrate included in the microprobe array device 100 according to an embodiment of the present invention may be made of a flexible material.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 미세 탐침 어레이 장치를 도시한 도면이다.2 is a diagram illustrating a micro-probe array device according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참고하면, 미세 탐침 어레이 장치는 워킹 전극(Working electrode)(202), 절연층(203), 비아 컨택(204), 기판(205), 및 레퍼런스 전극(reference electrode)(206)를 포함할 수 있다. 미세 탐침 어레이 장치는 복수의 워킹 전극들(202)(a-c)을 포함하며, 복수의 워킹 전극들(a-c)은 일정 간격만큼 이격될 수 있어서 개별적인 어드레싱이 가능할 수 있다. 워킹 전극(202)은 팁 영역이 탐침 형태를 나타낸다. 워킹 전극(202)의 팁 영역의 면적은 탐침 형태로 작게 설정되어 세포와 같은 객체(201)에 침습이 용이하다. 일례로, 워킹 전극(202)은 원뿔, 삼각뿔, 사각뿔 형태로 구성될 수 있으나, 원기둥 형태도 가능하다.Referring to FIG. 2 , the microprobe array device includes a working electrode 202 , an insulating layer 203 , a via contact 204 , a substrate 205 , and a reference electrode 206 . can do. The microprobe array device includes a plurality of working electrodes 202 (a-c), and the plurality of working electrodes a-c may be spaced apart by a predetermined interval, so that individual addressing may be possible. The working electrode 202 has a tip region in the shape of a probe. The area of the tip region of the working electrode 202 is set to be small in the shape of a probe, so that it is easy to invade the object 201 such as a cell. For example, the working electrode 202 may be configured in the form of a cone, a triangular pyramid, or a quadrangular pyramid, but may also have a cylindrical shape.

본 발명의 일실시예에 따르면, 기판(205)은 PDMS와 같이 유연 물질로 구성될 수 있다. 기판(207)이 유연 물질로 구성된 경우, 외부에서 적용되는 힘에 따라 기판(207)의 형태가 변경될 수 있다. 도 2와 같이 객체(201)가 곡률을 가지더라도 유연 물질로 구성된 기판(207)이 외부에서 적용되는 힘에 따라 변형되어 밴딩될 수 있다. 그러면, 미세 탐침 어레이 장치가 객체(201)에 밀착될 수 있어서 객체(201)에 워킹 전극(202)을 통해 균일한 전기 신호를 제공할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the substrate 205 may be made of a flexible material such as PDMS. When the substrate 207 is made of a flexible material, the shape of the substrate 207 may be changed according to an externally applied force. Even if the object 201 has a curvature as shown in FIG. 2 , the substrate 207 made of a flexible material may be deformed and bent according to an externally applied force. Then, the micro-probe array device may be in close contact with the object 201 to provide a uniform electrical signal to the object 201 through the working electrode 202 .

도 2를 참고하면, 워킹 전극(202)의 경사면에 절연층(203)이 배치된다. 워킹 전극(202)의 팁 영역에는 절연층(203)이 커버되지 않고 노출될 수 있다. 워킹 전극(202)의 팁 영역은 객체(201)에 접촉될 수 있다. 한편, 워킹 전극(202)의 경사면에서 팁 영역을 제외한 나머지 영역은 절연층(203)에 의해 커버될 수 있다.Referring to FIG. 2 , an insulating layer 203 is disposed on an inclined surface of the working electrode 202 . The insulating layer 203 may be exposed without being covered by the tip region of the working electrode 202 . A tip region of the working electrode 202 may contact the object 201 . Meanwhile, an area other than the tip area on the inclined surface of the working electrode 202 may be covered by the insulating layer 203 .

워킹 전극(202)은 비아 컨택(204)을 통해 레퍼런스 전극(208)과 연결된다. 비아 컨택(204)의 상단에 워킹 전극(202)이 배치되고, 비아 컨택(204)의 하단에 레퍼런스 전극(208)이 배치된다. 비아 컨택(204)은 기판(104)에서 미리 설정된 간격에 따라 이격되어 서로 독립적으로 배치될 수 있다. 비아 컨택(204)은 절연체로 구성된 기판(205)에 의해 분리되기 때문에 서로 이격되어 배치된다. 워킹 전극(202)의 팁 영역은 객체(201)와 접촉하여 비아 컨택(204)을 통해 전달된 전기 신호를 객체(201)에 제공하거나 또는 객체(201)로부터 전기 신호를 획득할 수 있다. The working electrode 202 is connected to the reference electrode 208 through the via contact 204 . The working electrode 202 is disposed on the top of the via contact 204 , and the reference electrode 208 is disposed on the bottom of the via contact 204 . The via contacts 204 may be spaced apart from each other according to a preset interval from the substrate 104 and disposed independently of each other. The via contacts 204 are spaced apart from each other because they are separated by the substrate 205 made of an insulator. The tip region of the working electrode 202 may contact the object 201 to provide an electrical signal transmitted through the via contact 204 to the object 201 or obtain an electrical signal from the object 201 .

비아 컨택(204)은 워킹 전극(202)과 레퍼런스 전극(206) 간에 이동하는 전기 신호의 통로를 제공하기 위해 도전 물질로 구성된다. 비아 컨택(204)는 기판(205)에서 미리 설정된 간격에 따라 이격되어 서로 독립적으로 배치될 수 있다. 그래서, 비아 컨택(204)에 연결된 워킹 전극(202)들은 서로 간섭없이 개별적인 어드레싱이 가능하다.The via contact 204 is made of a conductive material to provide a path for an electrical signal to travel between the working electrode 202 and the reference electrode 206 . The via contacts 204 may be spaced apart from each other according to a preset interval from the substrate 205 and may be disposed independently of each other. Thus, the working electrodes 202 connected to the via contact 204 can be individually addressed without interfering with each other.

레퍼런스 전극(206)을 통해 입력된 전기 신호는 비아 컨택(204)을 거쳐 워킹 전극(202)에 제공된다. 워킹 전극(202)의 팁 영역은 탐침 형태로 되어 객체(201)와 접촉될 수 있다. 그래서, 워킹 전극(202)에서 출력된 전기 신호는 객체(201)에 전달된다. 또는 객체(201)에서 발생된 전기 신호는 워킹 전극(202)으로 전달될 수도 있다. An electrical signal input through the reference electrode 206 is provided to the working electrode 202 through the via contact 204 . The tip region of the working electrode 202 may be in the shape of a probe to be in contact with the object 201 . Thus, the electrical signal output from the working electrode 202 is transmitted to the object 201 . Alternatively, the electrical signal generated from the object 201 may be transmitted to the working electrode 202 .

도 2를 참고하면, 미세 탐침 어레이 장치는 엑츄에이터(207)를 더 포함할 수 있다. 본 발명의 일실시예에 따르면, 워킹 전극(202)의 높이는 외부 조작 등을 통해 적응적으로 변경(증가 또는 감소)될 수 있다. 또는 워킹 전극(202)의 높이는 고정이지만 엑츄에이터(207)가 레퍼런스 전극(206)에 적용하는 기계적인 압력에 따라 워킹 전극(202)의 팁 영역이 객체(201)의 방향으로 이동함으로써 워킹 전극(202)의 팁 영역이 객체(301)에 접촉되는 정도가 증가할 수 있다.Referring to FIG. 2 , the micro probe array device may further include an actuator 207 . According to an embodiment of the present invention, the height of the working electrode 202 may be adaptively changed (increased or decreased) through external manipulation or the like. Alternatively, the height of the working electrode 202 is fixed, but the tip area of the working electrode 202 moves in the direction of the object 201 according to the mechanical pressure applied by the actuator 207 to the reference electrode 206, thereby causing the working electrode 202 to move in the direction of the object 201. ) of the tip region may increase the degree of contact with the object 301 .

엑츄에이터(207)는 레퍼런스 전극(206)에 기계적인 압력을 가할 수 있다. 기계적인 압력은 레퍼런스 전극(206)에 수직으로 가해지는 압력을 의미한다. 엑츄에이터(207)가 레퍼런스 전극(206)에 적용하는 기계적인 압력에 따라 워킹 전극(202)의 팁 영역이 객체(201)에 더 깊이 삽입된다. 엑츄에이터(207)는 레퍼런스 전극(206)의 개수와 동일한 개수로 레퍼런스 전극(207)들 각각에 배치되거나 또는 레퍼런스 전극(206)에 공통적으로 적용될 수 있도록 하나만 배치될 수 있다. 또는 엑츄에이터(207)는 미세 탐침 어레이 장치에서 특정 영역마다 하나씩 할당될 수 있다.The actuator 207 may apply mechanical pressure to the reference electrode 206 . The mechanical pressure means a pressure applied perpendicularly to the reference electrode 206 . The tip region of the working electrode 202 is inserted deeper into the object 201 according to the mechanical pressure that the actuator 207 applies to the reference electrode 206 . The actuator 207 may be disposed on each of the reference electrodes 207 in the same number as the number of the reference electrodes 206 , or only one actuator may be disposed to be commonly applied to the reference electrode 206 . Alternatively, one actuator 207 may be allocated to each specific area in the microprobe array device.

기계적인 압력의 세기에 따라 워킹 전극(202)의 팁 영역이 객체(201)에 삽입되는 깊이가 달라진다. 즉, 기계적인 압력이 클수록 워킹 전극(202)의 팁 영역은 객체(201)에 더 깊이 삽입된다. 이 때, 기계적인 압력은 객체(201)로부터 피드백된 전기 신호에 기초하여 조절될 수 있다. The depth at which the tip region of the working electrode 202 is inserted into the object 201 varies according to the strength of the mechanical pressure. That is, the greater the mechanical pressure, the deeper the tip region of the working electrode 202 is inserted into the object 201 . In this case, the mechanical pressure may be adjusted based on the electrical signal fed back from the object 201 .

객체(201)로부터 피드백된 전기 신호의 세기가 특정 기준 세기보다 작은 경우, 워킹 전극(202)의 팁 영역과 객체(201)간의 접촉 정도가 작다고 판단될 수 있다. 그러면, 객체(201)로부터 피드백되는 전기 신호의 세기가 작을수록 엑츄에이터(207)의 기계적인 압력은 더 증가한다. 기계적인 압력이 증가할수록 워킹 전극(202)의 팁 영역과 객체(201)가 접촉하는 정도는 증가한다. 기계적인 압력은 워킹 전극(202)에 대해 개별적으로 다르게 설정될 수 있다.When the intensity of the electric signal fed back from the object 201 is smaller than a specific reference intensity, it may be determined that the contact degree between the tip region of the working electrode 202 and the object 201 is small. Then, as the intensity of the electric signal fed back from the object 201 decreases, the mechanical pressure of the actuator 207 further increases. As the mechanical pressure increases, the degree of contact between the tip region of the working electrode 202 and the object 201 increases. The mechanical pressure may be individually set differently for the working electrode 202 .

도 2에서 절연층(203) 또는 기판(205)은 미세 탐침 어레이 장치의 후면에서 워킹 전극(202)의 팁 영역이 객체(201)에 삽입되는 위치나 삽입되는 정도가 확인될 수 있도록 투명 소재로 구성될 수 있다.In FIG. 2 , the insulating layer 203 or the substrate 205 is made of a transparent material so that the position or degree of insertion of the tip region of the working electrode 202 into the object 201 can be checked on the rear surface of the microprobe array device. can be configured.

도 2에 도시되지 않았지만, 미세 탐침 어레이 장치는 객체(301)의 곡률에 따라 워킹 전극(302)이 객체(301)에 밀착되어 접촉될 수 있도록 워킹 전극(202)들 높이가 서로 다르게 설정될 수도 있다. 워킹 전극(202)의 높이(높이)가 객체(301)의 영역마다 서로 다르게 설정될 수 있다. 객체(301)의 영역마다 기판(307)에서 객체(301)까지의 거리가 다르게 결정된다.Although not shown in FIG. 2 , the height of the working electrodes 202 may be set differently so that the working electrode 302 can be in close contact with the object 301 according to the curvature of the object 301 in the fine probe array device. have. The height (height) of the working electrode 202 may be set differently for each area of the object 301 . A distance from the substrate 307 to the object 301 is determined differently for each area of the object 301 .

또한, 도 2에 도시되지 않았지만, 미세 탐침 어레이 장치에서 워킹 전극(202), 절연층(203) 다음에 카운터 전극이 배치될 수 있다. 이 때, 절연층(203)은 워킹 전극(202)과 카운터 전극을 분리할 수 있다. 워킹 전극(202)과 객체(201)와 카운터 전극 간에 서로 전기적인 흐름이 형성될 수 있다. 예를 들어, 워킹 전극(202)에서 출력된 전기 신호는 워킹 전극(202)이 접촉한 객체(201)에 전달되며, 객체(201)에서 출력된 전기 신호는 카운터 전극에 전달될 수 있다.Also, although not shown in FIG. 2 , a counter electrode may be disposed after the working electrode 202 and the insulating layer 203 in the microprobe array device. In this case, the insulating layer 203 may separate the working electrode 202 and the counter electrode. An electrical flow may be formed between the working electrode 202 and the object 201 and the counter electrode. For example, the electrical signal output from the working electrode 202 may be transmitted to the object 201 in contact with the working electrode 202 , and the electrical signal output from the object 201 may be transmitted to the counter electrode.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 미세 탐침 어레이 장치와 유연 PCB와의 결합 관계를 도시한 도면이다.3 is a diagram illustrating a coupling relationship between a micro-probe array device and a flexible PCB according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참고하면, 도 2에 도시된 미세 탐침 어레이 장치와 유연 PCB(Flexible PCB)(306)와 결합한 결과가 도시되어 있다. 도 3에 도시된 미세 탐침 어레이 장치는 워킹 전극(302), 절연체(303), 비아 컨택(304), 기판(305) 및 레퍼런스 전극(306)를 포함할 수 있다. 유연 PCB(308)가 미세 탐침 어레이 장치의 레퍼런스 전극(306)에 맞게 정렬된다. 유연 PCB(308)는 미세 탐침 어레이 장치의 레퍼런스 전극(306)의 위치 및 레퍼런스 전극(306) 사이의 위치 각각에 홀이 존재할 수 있다.Referring to FIG. 3 , a result of combining the micro probe array device shown in FIG. 2 and a flexible PCB (Flexible PCB) 306 is shown. The microprobe array device shown in FIG. 3 may include a working electrode 302 , an insulator 303 , a via contact 304 , a substrate 305 , and a reference electrode 306 . The flexible PCB 308 is aligned with the reference electrode 306 of the microprobe array device. The flexible PCB 308 may have a hole at each of the position of the reference electrode 306 and the position between the reference electrode 306 of the microprobe array device.

유연 PCB(308)와 미세 탐침 어레이 장치가 정렬된 이후에, 미세 탐침 어레이 장치의 레퍼런스 전극(306)의 위치에 대응하는 홀을 통해 레퍼런스 전극(306)은 전도성 에폭시(309)와 연결된다. 그리고, 유연 PCB(308)에서 레퍼런스 전극(306) 사이의 위치에 대응하는 홀에 기판(305)의 구성 물질과 동일한 유연 물질인 PDMS가 채워질 수 있다. 그러면, 유연 PCB(308)와 미세 탐침 어레이 장치 간에 결합력이 향상될 수 있다. 전도성 에폭시(309)는 커넥터를 통해 외부 장치에 연결되고, 외부 장치는 객체(301)의 전체 면적에 이식된 미세 탐침 어레이 장치의 워킹 전극(302), 비아 컨택(304) 및 레퍼런스 전극(306)을 통해 전달된 전기 신호를 측정할 수 있다.After the flexible PCB 308 and the micro probe array device are aligned, the reference electrode 306 is connected with the conductive epoxy 309 through a hole corresponding to the position of the reference electrode 306 of the micro probe array device. In addition, PDMS, which is the same flexible material as that of the substrate 305 , may be filled in the hole corresponding to the position between the reference electrodes 306 in the flexible PCB 308 . Then, the coupling force between the flexible PCB 308 and the micro-probe array device may be improved. The conductive epoxy 309 is connected to an external device through a connector, and the external device is a working electrode 302, a via contact 304 and a reference electrode 306 of the microprobe array device implanted in the entire area of the object 301. It is possible to measure the electrical signal transmitted through the

도 4 내지 도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 미세 탐침 어레이 장치의 제조 방법을 도시한 도면이다.4 to 10 are diagrams illustrating a method of manufacturing a fine probe array device according to an embodiment of the present invention.

도 4의 STEP 1에서, 실리콘 웨이퍼의 후면에 알루미늄, 실리콘 산화막, 및 감광제를 순차적으로 패터닝하는 공정이 수행된다. 구체적으로, 실리콘 웨이퍼의 후면에 알루미늄을 증착하고, 실리콘 산화막 및 감광제를 사진 식각을 통해 패터닝하고, 알루미늄 습식 식각을 통해 알루미늄 전극을 개별적으로 패터닝하는 공정이 수행된다.In STEP 1 of FIG. 4 , a process of sequentially patterning aluminum, a silicon oxide film, and a photosensitizer on the back surface of a silicon wafer is performed. Specifically, a process of depositing aluminum on the back surface of a silicon wafer, patterning a silicon oxide film and a photosensitizer through photolithography, and individually patterning an aluminum electrode through aluminum wet etching is performed.

도 4의 STEP 2에서, 개별 어드레싱을 위해 실리콘 웨이퍼의 후면에 패터닝된 알루미늄 전극을 마스크로 비등방성 식각하는 공정이 수행된다. 비등방성 식각은 - Deep Reactive Ion Etching (DRIE)을 통해 진행되며, 복수의 실리콘 원기둥들이 어레이 형태로 형성된다.In STEP 2 of FIG. 4 , a process of anisotropically etching the patterned aluminum electrode as a mask on the back surface of the silicon wafer for individual addressing is performed. Anisotropic etching is performed through Deep Reactive Ion Etching (DRIE), and a plurality of silicon cylinders are formed in an array form.

도 5의 STEP 3에서, 감광제를 제거하고, 실리콘 원기둥들 사이의 영역에 실리콘 산화막을 증착하고, 산소 플라즈마 처리를 하는 공정이 수행된다. 이 공정을 통해 실리콘 기둥들 사이의 영역의 표면이 친수성으로 변경되고, 유연 물질인 PDMS(Polydimethylsiloxane)와 실리콘 간의 접착력이 향상될 수 있다.In STEP 3 of FIG. 5 , a process of removing the photosensitizer, depositing a silicon oxide film in the region between the silicon cylinders, and performing oxygen plasma treatment is performed. Through this process, the surface of the region between the silicon pillars is changed to be hydrophilic, and the adhesion between the flexible material PDMS (Polydimethylsiloxane) and silicon can be improved.

도 5의 STEP 4에서, 실리콘 원기둥들 사이의 영역에 유연 물질을 채우고, 실리콘 원기둥 위에 남아 있는 유연 물질을 제거하는 습식 식각하는 공정이 수행된다. 여기서, 유연 물질은 미세탐침 어레이 장치의 기판에 대응한다. 유연 물질은 PDMS(Polydimethylsiloxane)를 포함하고, 미세 탐침들 사이의 절연과 기판의 유연성을 제공할 수 있다.In STEP 4 of FIG. 5 , a wet etching process of filling the region between the silicon cylinders with a flexible material and removing the flexible material remaining on the silicon cylinder is performed. Here, the analog corresponds to the substrate of the microprobe array device. The flexible material includes polydimethylsiloxane (PDMS), and may provide insulation between the microprobes and flexibility of the substrate.

도 6의 STEP 5에서, 실리콘 웨이퍼의 전면에 실리콘 산화막과 감광제를 패터닝하는 공정이 실행된다. 미세 탐침의 전극에 대응하는 실리콘 원기둥을 생성하기 위해 패터닝이 실행된다.In STEP 5 of FIG. 6, a process of patterning a silicon oxide film and a photosensitizer on the entire surface of the silicon wafer is performed. Patterning is performed to create silicon cylinders corresponding to the electrodes of the microprobe.

도 6의 STEP 6에서, 미세 탐침의 전극을 위해 비등방성 식각하는 공정이 실행된다. 식각되는 깊이는 실리콘 웨이퍼의 전면에서 유연물질까지의 깊이이다.In STEP 6 of FIG. 6 , an anisotropic etching process is performed for the electrode of the microprobe. The etched depth is the depth from the front surface of the silicon wafer to the flexible material.

도 7의 STEP 7에서, 감광제와 산화막을 제거한 뒤, 습식 식각을 통해 미세 탐침을 제작하는 공정이 실행된다. 여기서, 습식 식각은 불산과 질산이 혼합된 용액을 사용한 등방성 습식 식각을 의미한다.In STEP 7 of FIG. 7 , after removing the photosensitizer and the oxide film, a process of manufacturing a fine probe through wet etching is performed. Here, the wet etching means isotropic wet etching using a solution in which hydrofluoric acid and nitric acid are mixed.

도 7의 STEP 8에서, STEP 6을 통해 노출된 유연 물질과 감광제와의 접착력을 높이기 위해 산소 플라즈마를 처리하고, 감광제를 증착하는 공정이 실행된다.In STEP 8 of FIG. 7 , a process of treating an oxygen plasma and depositing a photosensitizer in order to increase adhesion between the flexible material exposed through STEP 6 and the photosensitizer is performed.

도 8의 STEP 9에서, 첫번째 자기정렬 공정을 통해 감광제를 선택적으로 식각하는 공정이 실행된다. 감광제는 미세 탐침의 팁 영역이 노출되도록 식각된다.In STEP 9 of FIG. 8 , a process of selectively etching a photosensitizer through a first self-alignment process is performed. The photosensitizer is etched to expose the tip area of the microprobe.

도 8의 STEP 10에서, 미세 탐침의 전극을 생성하기 위한 도전성 물질을 증착하는 공정이 실행된다. 여기서, 도전성 물질은 금 또는 크롬을 포함할 수 있다.In STEP 10 of FIG. 8 , a process of depositing a conductive material for creating an electrode of a microprobe is performed. Here, the conductive material may include gold or chromium.

도 9의 STEP 11에서, 리프트 오프를 통해 감광제를 제거하고, 미세 탐침의 팁 영역에만 도전성 물질이 남아있도록 하는 공정이 실행된다. 여기서, 미세 탐침의 팁 영역에 존재하는 도전성 물질은 미세 탐침 어레이 장치의 워킹 전극에 대응한다.In STEP 11 of FIG. 9 , a process of removing the photosensitizer through lift-off and leaving the conductive material only in the tip region of the microprobe is performed. Here, the conductive material present in the tip region of the microprobe corresponds to the working electrode of the microprobe array device.

도 9의 STEP 12에서, 실리콘 웨이퍼의 전면에 절연 물질을 증착하는 공정이 실행된다. 여기서, 절연 물질은 파릴렌을 포함할 수 있다. 절연 물질은 미세탐침 어레이 장치의 절연층에 대응한다.In STEP 12 of FIG. 9 , a process of depositing an insulating material on the front surface of a silicon wafer is performed. Here, the insulating material may include parylene. The insulating material corresponds to the insulating layer of the microprobe array device.

도 10의 STEP 13에서, 실리콘 웨이퍼의 전면에 감광제를 스핀 코팅하고, 두번째 자기정렬 공정을 통해 미세 탐침의 팁 영역에 절연 물질을 선택적으로 식각함으로써 도전성 물질을 외부로 노출시키는 공정이 실행된다. 이에 따라, 미세 탐침의 팁 영역은 절연 물질에 의해 커버되지 않고 노출된다. 즉, 워킹 전극의 팁 영역은 절연층에 의해 커버되지 않고 노출된다.In STEP 13 of FIG. 10 , a process of exposing the conductive material to the outside is performed by spin-coating a photosensitive agent on the entire surface of the silicon wafer and selectively etching the insulating material in the tip region of the microprobe through a second self-alignment process. Accordingly, the tip region of the microprobe is not covered by the insulating material and is exposed. That is, the tip region of the working electrode is exposed without being covered by the insulating layer.

도 10의 STEP 14에서, 실리콘 웨이퍼의 후면에 알루미늄 전극을 보호하는 실리콘 산화막을 제거하고 다이싱하는 공정이 실행된다. 이 공정을 통해 도 2에 도시된 미세 탐침 어레이 장치가 제작된다.In STEP 14 of FIG. 10, a process of removing and dicing the silicon oxide film protecting the aluminum electrode on the back surface of the silicon wafer is performed. Through this process, the fine probe array device shown in FIG. 2 is manufactured.

본 명세서는 다수의 특정한 구현물의 세부사항들을 포함하지만, 이들은 어떠한 발명이나 청구 가능한 것의 범위에 대해서도 제한적인 것으로서 이해되어서는 안되며, 오히려 특정한 발명의 특정한 실시형태에 특유할 수 있는 특징들에 대한 설명으로서 이해되어야 한다. 개별적인 실시형태의 문맥에서 본 명세서에 기술된 특정한 특징들은 단일 실시형태에서 조합하여 구현될 수도 있다. 반대로, 단일 실시형태의 문맥에서 기술한 다양한 특징들 역시 개별적으로 혹은 어떠한 적절한 하위 조합으로도 복수의 실시형태에서 구현 가능하다. 나아가, 특징들이 특정한 조합으로 동작하고 초기에 그와 같이 청구된 바와 같이 묘사될 수 있지만, 청구된 조합으로부터의 하나 이상의 특징들은 일부 경우에 그 조합으로부터 배제될 수 있으며, 그 청구된 조합은 하위 조합이나 하위 조합의 변형물로 변경될 수 있다.While this specification contains numerous specific implementation details, these should not be construed as limitations on the scope of any invention or claim, but rather as descriptions of features that may be specific to particular embodiments of particular inventions. should be understood Certain features that are described herein in the context of separate embodiments may be implemented in combination in a single embodiment. Conversely, various features that are described in the context of a single embodiment may also be implemented in multiple embodiments, either individually or in any suitable subcombination. Furthermore, although features operate in a particular combination and may be initially depicted as claimed as such, one or more features from a claimed combination may in some cases be excluded from the combination, the claimed combination being a sub-combination. or a variant of a sub-combination.

마찬가지로, 특정한 순서로 도면에서 동작들을 묘사하고 있지만, 이는 바람직한 결과를 얻기 위하여 도시된 그 특정한 순서나 순차적인 순서대로 그러한 동작들을 수행하여야 한다거나 모든 도시된 동작들이 수행되어야 하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 특정한 경우, 멀티태스킹과 병렬 프로세싱이 유리할 수 있다. 또한, 상술한 실시형태의 다양한 장치 컴포넌트의 분리는 그러한 분리를 모든 실시형태에서 요구하는 것으로 이해되어서는 안되며, 설명한 프로그램 컴포넌트와 장치들은 일반적으로 단일의 소프트웨어 제품으로 함께 통합되거나 다중 소프트웨어 제품에 패키징 될 수 있다는 점을 이해하여야 한다.Likewise, although acts are depicted in the figures in a particular order, it should not be understood that such acts must be performed in the specific order or sequential order shown or that all depicted acts must be performed in order to obtain desirable results. In certain cases, multitasking and parallel processing may be advantageous. Further, the separation of the various device components of the above-described embodiments should not be construed as requiring such separation in all embodiments, and the program components and devices described may generally be integrated together into a single software product or packaged into multiple software products. You have to understand that you can.

한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.On the other hand, the embodiments of the present invention disclosed in the present specification and drawings are merely presented as specific examples to aid understanding, and are not intended to limit the scope of the present invention. It will be apparent to those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains that other modifications based on the technical spirit of the present invention can be implemented in addition to the embodiments disclosed herein.