KR100612891B1 - 마이크로 니들 및 그 제조방법 - Google Patents

마이크로 니들 및 그 제조방법 Download PDF

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KR100612891B1
KR100612891B1 KR1020050015374A KR20050015374A KR100612891B1 KR 100612891 B1 KR100612891 B1 KR 100612891B1 KR 1020050015374 A KR1020050015374 A KR 1020050015374A KR 20050015374 A KR20050015374 A KR 20050015374A KR 100612891 B1 KR100612891 B1 KR 100612891B1
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conductive layer
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layer
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이병렬
김상효
박유근
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삼성전자주식회사
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Abstract

마이크로 니들 및 그 제조방법이 개시된다. 개시된 마이크로 니들은 아래쪽으로 돌출된 니들 형상의 돌출부를 가지는 도전층; 도전층의 상면에 접합되는 것으로, 돌출부에 대응되는 위치에 캐비티가 관통하여 형성된 기판; 기판의 표면 및 캐비티를 통하여 노출된 도전층의 표면에 형성되는 금속층; 및 도전층의 하면 및 돌출부의 외측면에 형성되며, 돌출부의 하단부를 노출시키는 식각보호층;을 구비한다.

Description

마이크로 니들 및 그 제조방법{Microneedle and method of fabricating the same}
도 1은 종래 마이크로 니들의 일 예를 도시한 단면도이다.
도 2a 내지 도 2d는 도 1에 도시된 마이크로 니들의 제조방법을 설명하기 위한 도면들이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 니들을 도시한 단면도이다.
도 4a 내지 도 4g는 도 3에 도시된 마이크로 니들의 제조방법을 설명하기 위한 도면들이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110... 제1 기판 112... 식각마스크
113... 보호층 114... 식각보호층
115... 제1 캐비티 116... 금속층
120... 도전층 121... 중공부
210... 제2 기판 215... 제2 캐비티
본 발명은 마이크로 니들 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 웨이퍼 두께에 해당하는 니들 길이를 확보할 수 있고, 니들 지지부에서 절연이 이루어질 수 있는 개선된 구조의 마이크로 니들 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 니들(needle)은 생체로부터 시료를 획득하거나, 생체로 약을 주입하는데 사용된다. 이러한 니들로서 오늘날에는 밀리미터 수준의 직경을 갖는 마크로 니들(macroneedle)이 대부분 사용되었다. 그러나, 상기와 같은 마크로 니들은 큰 직경으로 인하여 생체를 관통하는 동안 생체 조직에 손상을 주는 단점이 있다. 따라서, 최근에는 마이크로 미터 수준의 직경을 갖는 마이크로 니들이 많은 응용분야에서 연구 개발되고 있다.
도 1은 종래 마이크로 니들의 일 예를 도시한 단면도이다. 도 1에 도시된 마이크로 니들은 가운데가 빈 홀로우(hollow) 타입의 니들로서 끝 부분만이 통전이 가능하도록 되어 있다. 이러한 마이크로 니들은 예를 들면, 임피던스 방식의 침습형 혈당센서용 니들로 사용된다. 도 1을 참조하면, 실리콘(Si)으로 이루어진 기판(10)에 소정 형상의 캐비티(cavity,15)가 관통되어 형성되어 있으며, 상기 기판(10)의 상면 및 캐비티(15)의 내벽에는 식각보호층(14)이 형성되어 있다. 그리고, 상기 식각보호층(14) 상에는 하단부가 상기 기판(10)의 하면으로부터 돌출된 니들 형상의 금속층(16)이 형성되어 있다.
도 2a 내지 도 2d에는 도 1에 도시된 마이크로 니들의 제조방법을 설명하기 위한 도면들이 도시되어 있다. 먼저, 도 2a를 참조하면, 실리콘으로 이루어진 기판(10)의 상면에 소정 물질을 증착하고, 이를 패터닝하여 식각마스크(12)를 형성한 다. 그리고, 상기 식각마스크(12)를 통하여 노출된 기판(10)의 상면을 소정 깊이로 식각함으로써 니들 형상의 캐비티(15)를 형성한다. 다음으로, 도 2b를 참조하면, 상기 식각마스크(12)를 제거한 다음, 기판(10)의 상면 및 캐비티(15)의 내벽에 식각보호층(14) 및 금속층(16)을 순차적으로 형성한다. 이어서, 도 2c를 참조하면, 상기 기판(10)의 하면을 소정 깊이로 식각하여 제거함으로써 상기 식각보호층(14)의 하단부를 돌출시킨다. 마지막으로, 도 2d를 참조하면, 돌출된 상기 식각보호층(14)을 식각하여 제거함으로써 금속층(16)의 하단부를 노출시키면 마이크로 니들이 완성된다.
그러나, 상기와 같은 종래 마이크로 니들에서는 돌출된 금속층(16)의 하단부를 지지하는 니들 지지부(11)가 기판(10)의 하면에 형성되므로, 상기 니들 지지부(11)는 도전성 물질이 실리콘으로 이루어지게 된다. 따라서, 마이크로 니들이 생체에 삽입될 때 상기 니들 지지부(11)와 생체 사이에 절연이 이루어지지 않는다는 문제점이 있다. 또한, 기판(10)의 일부를 식각하여 금속층(16)을 돌출시키므로 생체에 삽입되는 니들의 길이를 충분히 길게 하기가 어렵다는 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 웨이퍼 두께에 해당하는 니들 길이를 확보할 수 있고, 니들 지지부에서 절연이 이루어질 수 있는 개선된 구조의 마이크로 니들 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여,
본 발명의 구현예에 따른 마이크로 니들은,
아래쪽으로 돌출된 니들 형상의 돌출부를 가지는 도전층;
상기 도전층의 상면에 접합되는 것으로, 상기 돌출부에 대응되는 위치에 캐비티가 관통하여 형성된 기판;
상기 기판의 표면 및 상기 캐비티를 통하여 노출된 상기 도전층의 표면에 형성되는 금속층; 및
상기 도전층의 하면 및 상기 돌출부의 외측면에 형성되며, 상기 돌출부의 하단부를 노출시키는 식각보호층;을 구비한다.
여기서, 상기 도전층의 돌출부에는 상기 캐비티와 연통하는 니들 형상의 중공(中空)이 형성될 수 있다.
상기 도전층은 폴리 실리콘(poly-Si)으로 이루어지는 것이 바람직하며, 상기 기판은 유리 기판인 것이 바람직하다. 그리고, 상기 식각보호층은 절연물질로 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명의 구현예에 따른 마이크로 니들의 제조방법은,
제1 기판을 관통하도록 식각하여 니들 형상의 제1 캐비티를 형성하는 단계;
상기 제1 기판의 상면 및 상기 제1 캐비티의 내벽에 식각보호층을 형성하고, 그 위에 도전층을 증착하는 단계;
상기 도전층의 상면에 제2 캐비티가 관통하여 형성된 제2 기판을 접합시키는 단계;
상기 제2 기판의 표면 및 상기 제2 캐비티를 통하여 노출된 상기 도전층의 표면에 금속층을 형성하는 단계;
상기 제1 기판의 하면을 소정 깊이로 식각하여 상기 제1 캐비티의 내벽에 형성된 상기 식각보호층의 하단부를 노출시키는 단계;
노출된 상기 식각보호층의 하단부를 제거하여 상기 도전층의 하단부를 노출시키는 단계; 및
상기 제1 기판을 제거하는 단계;를 포함한다.
상기 제1 기판은 실리콘 웨이퍼인 것이 바람직하다.
상기 제1 캐비티를 형성하는 단계는,
상기 제1 기판의 상면에 식각마스크를 형성하고, 상기 제1 기판의 하면에 보호층을 형성하는 단계; 및
상기 식각마스크를 통하여 노출된 상기 제1 기판을 상기 보호층에 도달할 때까지 니들 형상으로 식각하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 식각마스크 및 보호층은 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물로 이루어질 수 있다. 그리고, 상기 제1 기판은 반응성 이온 식각(RIE;Reactive Ion Etching)방법에 의하여 식각될 수 있다.
상기 도전층과 제2 기판은 양극 접합(anoding bonding)방법에 의하여 접합되는 것이 바람직하다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 니들의 단면을 도시한 것이다. 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 니들은 니들 형상의 돌출부를 가지는 도전층(120)과, 상기 도전층(120)의 상면에 접합되는 기판(210)과, 상기 기판(210) 및 도전층(120)의 표면에 형성되는 금속층(116)과, 상기 도전층(120)의 하면 및 돌출부의 외측면에 형성되는 식각보호층(114)을 구비한다.
상기 도전층(120)에는 아래쪽으로 돌출된 니들 형상의 돌출부가 마련되어 있으며, 이러한 돌출부 내에는 니들 형상의 중공(中空,121)이 형성되어 있다. 여기서, 상기 도전층(120)은 폴리 실리콘(poly-Si)으로 이루어지는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 도전층(120)의 상면에는 기판(210)이 접합되며, 상기 기판(210)에는 상기 중공(121)과 연통하는 캐비티(215)가 형성되어 있다. 여기서, 상기 기판(210)은 유리기판인 것이 바람직하다.
상기 기판(210)의 표면 및 상기 캐비티(215)를 통하여 노출된 도전층(120)의 표면에는 금속층(116)이 소정 두께로 증착되어 있다. 구체적으로, 상기 금속층(116)은 상기 캐비티(215)의 내벽을 포함하는 기판(210)의 표면 및 상기 중공(121)의 내벽을 포함하는 도전층(120)의 표면에 형성되어 있다. 이에 따라, 상기 금속층(116)은 도전층(120)과 전기적으로 연결된다. 그리고, 상기 도전층(120)의 하면 및 돌출부의 외측면에는 식각보호층(114)이 형성되어 있으며, 이때 상기 식각보호층(114)은 상기 도전층(120)의 돌출부 하단부를 노출시키도록 형성된다. 이러한 식각보호층(114)은 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물과 같은 절연물질로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기와 같은 구조의 마이크로 니들에서는, 마이크로 니들이 생체에 삽입될 때 식각보호층(114)이 절연물질로 이루어져 있으므로 식각보호층(114)과 생체 사이에 절연이 이루어질 수 있고, 또한 생체에 삽입되는 니들의 길이를 충분히 길게 할 수가 있다.
이하에서는 상기한 마이크로 니들의 제조방법을 설명하기로 한다. 도 4a 내지 도 4g는 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 니들의 제조방법을 설명하기 위한 도면들이다.
먼저, 도 4a를 참조하면, 소정 두께의 제1 기판(110)을 준비한다. 여기서, 상기 제1 기판(110)은 실리콘 웨이퍼인 것이 바람직하다. 그리고, 상기 제1 기판(110)의 상면에는 식각마스크(112)를 형성하고, 상기 제1 기판(110)의 하면에는 보호층(113)을 형성한다. 상기 식각마스크(112)는 제1 기판(110)의 상면에 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물을 형성하고, 이를 패터닝함으로써 형성될 수 있다. 한편, 상기 보호층(113)도 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물로 이루어질 수 있다. 이어서, 상기 식각마스크(112)를 통하여 노출된 제1 기판(110)을 상기 보호층(113)에 도달할 때까지 니들 형상으로 식각한다. 이에 따라, 상기 제1 기판(110)에는 니들 형상의 제1 캐비티(115)가 관통하여 형성된다. 여기서, 상기 제1 기판(110)의 식각은 반응성 이온 식각(RIE; Reactive Ion Etching) 방법에 의하여 수행될 수 있다.
다음으로, 도 4b를 참조하면, 상기 제1 기판(110)의 상면으로부터 식각마스크(112)를 제거한 다음, 상기 제1 기판(110)의 상면 및 상기 제1 캐비티(115)의 내벽에 식각보호층(114)을 형성한다. 여기서, 상기 식각보호층(114)은 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물 등과 같은 절연물질로 이루어지는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 식각보호층(114) 상에 도전층(120)을 소정 두께로 증착한다. 이에 따라, 상기 제1 캐비티(115) 내부에 형성된 도전층(120)의 안쪽에는 니들 형상의 중공(121)이 형성된다. 여기서, 상기 도전층(120)은 폴리 실리콘(poly-Si)으로 이루어지는 것이 바람직하다.
이어서, 도 4c를 참조하면, 상기 도전층(120)의 상면에 제2 기판(210)을 접합한다. 상기 제2 기판(210)에는 상기 제1 캐비티(115)의 내부에서 상기 도전층(120) 안쪽에 형성된 중공(121)과 연통하는 제2 캐비티(215)가 관통하여 형성되어 있다. 상기 제2 기판(210)은 유리기판인 것이 바람직하다. 여기서, 폴리 실리콘으로 이루어진 도전층(120)과 유리기판인 제2 기판(210) 사이의 접합은 양극 접합(anodic bonding) 방법에 의하여 수행되는 것이 바람직하다.
다음으로, 도 4d를 참조하면, 상기 제2 기판(210)의 표면 및 제2 캐비티(215)를 통하여 노출된 도전층(120)의 표면에 금속층(116)을 소정 두께로 형성한다. 구체적으로, 상기 금속층(116)은 상기 제2 캐비티(215)의 내벽을 포함하는 제2 기판(210)의 표면 및 상기 중공(121)의 내벽을 포함하는 도전층(120)의 표면에 형성된다. 이에 따라, 상기 금속층(116)은 도전층(120)과 전기적으로 연결된다.
이어서, 도 4e를 참조하면, 상기 제1 기판(110)의 하면을 소정 깊이로 식각함으로써 상기 제1 캐비티(115)의 내벽에 형성된 식각보호층(114)의 하단부를 외부로 노출시킨다.
그리고, 도 4f를 참조하면, 노출된 상기 식각보호층(114)의 하단부를 식각하 여 제거하게 되면 상기 제1 캐비티(115)의 내부에 형성된 도전층(120)의 하단부가 외부로 노출된다. 마지막으로, 도 4g를 참조하면, 제1 기판(110)을 식각하여 제거함으로써 절연물질로 이루어진 식각보호층(114)을 노출시킨다.
상기와 같은 방법으로 마이크로 니들을 제조하게 되면, 웨이퍼 두께에 해당하는 치수의 니들 길이를 확보할 수 있게 된다.
이상에서 본 발명에 따른 바람직한 실시예가 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 의하면 통전 부위인 도전층의 하단부 주위에는 절연물질로 이루어진 식각보호층이 니들 지지부를 형성하게 되므로, 이러한 니들 지지부와 생체 사이에 절연이 이루어질 수 있게 된다. 또한, 생체에 삽입되는 니들의 길이도 웨이퍼의 두께에 해당하는 치수 만큼 충분히 길게 확보할 수 있다.

Claims (16)

  1. 아래쪽으로 돌출된 니들 형상의 돌출부를 가지는 도전층;
    상기 도전층의 상면에 접합되는 것으로, 상기 돌출부에 대응되는 위치에 캐비티가 관통하여 형성된 기판;
    상기 기판의 표면 및 상기 캐비티를 통하여 노출된 상기 도전층의 표면에 형성되는 금속층; 및
    상기 도전층의 하면 및 상기 돌출부의 외측면에 형성되며, 상기 돌출부의 하단부를 노출시키는 식각보호층;을 구비하는 것을 특징으로 하는 마이크로 니들.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 도전층의 돌출부에는 상기 캐비티와 연통하는 니들 형상의 중공(中空)이 형성되는 것을 특징으로 하는 마이크로 니들.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 도전층은 폴리 실리콘(poly-Si)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 마이크로 니들.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 기판은 유리 기판인 것을 특징으로 하는 마이크로 니들.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 식각보호층은 절연물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 마이크로 니들.
  6. 제1 기판을 관통하도록 식각하여 니들 형상의 제1 캐비티를 형성하는 단계;
    상기 제1 기판의 상면 및 상기 제1 캐비티의 내벽에 식각보호층을 형성하고, 그 위에 도전층을 증착하는 단계;
    상기 도전층의 상면에 제2 캐비티가 관통하여 형성된 제2 기판을 접합시키는 단계;
    상기 제2 기판의 표면 및 상기 제2 캐비티를 통하여 노출된 상기 도전층의 표면에 금속층을 형성하는 단계;
    상기 제1 기판의 하면을 소정 깊이로 식각하여 상기 제1 캐비티의 내벽에 형성된 상기 식각보호층의 하단부를 노출시키는 단계;
    노출된 상기 식각보호층의 하단부를 제거하여 상기 도전층의 하단부를 노출시키는 단계; 및
    상기 제1 기판을 제거하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 니들의 제조방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제1 기판은 실리콘 웨이퍼인 것을 특징으로 하는 마이크로 니들의 제조방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 제1 캐비티를 형성하는 단계는,
    상기 제1 기판의 상면에 식각마스크를 형성하고, 상기 제1 기판의 하면에 보호층을 형성하는 단계; 및
    상기 식각마스크를 통하여 노출된 상기 제1 기판을 상기 보호층에 도달할 때까지 니들 형상으로 식각하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 니들의 제조방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 식각마스크는 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 마이크로 니들의 제조방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 보호층은 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 마이크로 니들의 제조방법.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 제1 기판은 반응성 이온 식각(RIE;Reactive Ion Etching)방법에 의하여 식각되는 것을 특징으로 하는 마이크로 니들의 제조방법.
  12. 제 6 항에 있어서,
    상기 식각보호층은 절연물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 마이크로 니들의 제조방법.
  13. 제 6 항에 있어서,
    상기 도전층은 폴리 실리콘(poly-Si)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 마이크로 니들의 제조방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 제2 기판은 유리 기판인 것을 특징으로 하는 마이크로 니들의 제조방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 도전층과 제2 기판은 양극 접합(anoding bonding)방법에 의하여 접합되는 것을 특징으로 하는 마이크로 니들의 제조방법.
  16. 제 6 항에 있어서,
    상기 도전층에는 상기 캐비티와 연통하는 니들 형상의 중공이 형성되는 것을 특징으로 하는 마이크로 니들의 제조방법.
KR1020050015374A 2005-02-24 2005-02-24 마이크로 니들 및 그 제조방법 KR100612891B1 (ko)

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