KR100473360B1 - 레이저 반사를 이용한 미세 채널 위치 및 치수의 자동측정방법, 그 측정방법을 이용한 측정장치 및 그측정방법을 이용한 미세 채널 검사장치 - Google Patents

Abstract

마이크로 칩에 형성된 미세 채널의 위치 및 치수를 자동으로 측정하는 측정방법, 측정장치 및 검사장치가 개시된다. 본 발명에 따른 채널 위치 및 치수의 측정방법은 레이저 어셈블리에 인접하게 미세 채널을 배치하는 단계, 레이저 어셈블리를 제1 축 방향으로 이동시키면서 레이저의 제1 반사량을 측정하는 단계, 제1 반사량의 각 펄스 구간에서 일 지점을 선택하여 각 지점을 순차적으로 제1 반사 포인트로 특정하는 단계, 레이저 어셈블리를 제2 방향으로 이동시키면서 레이저의 제2 반사량을 측정하는 단계, 제2 반사량의 각 펄스 구간에서 양 경계점을 선택하여 순차적으로 제2 반사 포인트로 특정하는 단계 및 특정된 제1 반사 포인트 및 제2 반사 포인트로부터 채널의 위치 및 치수를 산출하는 단계를 구비한다. 레이저를 사용하여 미세한 채널의 위치 및 치수를 정확하고도 간편하게 측정할 수 있으며, 마이크로 칩의 검사장치와 같은 다양한 분야에서 사용될 수 있다.

Description

레이저 반사를 이용한 미세 채널 위치 및 치수의 자동 측정방법, 그 측정방법을 이용한 측정장치 및 그 측정방법을 이용한 미세 채널 검사장치{METHOD OF AUTOMATICALLY MEASURING A POSITION AND DIMENSIONS OF A MICROCHANNEL USING LASER REFLECTION, APPARATUS USING THE METHOD, AND APPARATUS FOR DETECTING A MICROCHANNEL USING THE METHOD}

본 발명은 채널의 위치 및 치수를 측정하는 방법에 관한 것으로서, 보다 자세하게는, 투광성 물질 내부에 형성된 채널의 위치 및 치수를 자동적으로 측정하여 채널 내 특정 위치를 수치화할 수 있는 자동 측정방법, 측정장치 및 그 측정방법을 이용한 검사장치에 관한 것이다.

화학 또는 생물학 관련 작업에 있어서 미세한 챔버 또는 채널을 이용하여 복잡한 작업을 간단하게 수행하는 기술이 최근에 개발되고 있다. 특히, 미세한 채널을 이용하는 경우 시료의 분리, 혼합, 분석 등이 용이해지고 채널의 설계에 따른 다양한 검사 조건 변경이 용이하기 때문에 미세한 크기의 검사 기구의 개발이 활발하게 진행되고 있다.

그 중 하나가 미세 채널 및 챔버를 이용하여 마이크로 칩(a mircro chip or a bio chip)에 하나 또는 그 이상의 실험 또는 검사를 집적하는 것이며, Lab-On-Chip(LOC) 방식이 이에 관련된다. 이러한 마이크로 칩 상에서 시료의 분리, 혼합 또는 분석의 작업이 용이하게 수행되며 종래의 수작업보다 극히 소량을 이용하기 때문에, 마이크로 칩 관련 기술은 작업의 편의성, 결과의 신뢰성 및 비용의 경제성을 모두 만족시키고 있다.

관련 기술이 개발됨에 따라 마이크로 칩을 응용하여 휴대하여 화학적 또는 생물학적으로 이용할 수 있는 기술이 지속적으로 발표되고 있다. 예를 들어, 마이크로 칩을 이용한 혈액형 검사 칩, 즉석 질병 검사 칩, 감염 여부 확인 칩 등과 같이 하나의 키트(kit)의 형태로 제작되고 있으며, 이들은 상업적 또는 비상업적으로 널리 이용되고 있다.

마이크로 칩을 이용하여 작업을 수행하는 도중에 또는 수행한 후 미세 챔버 또는 미세 채널에 존재하는 내용물의 상태를 확인하여야 하는 경우가 있으며, 이때 마이크로 칩에 형성된 채널 또는 챔버는 일반적으로 수 ㎛에서 수십 ㎛의 크기로 매우 작기 때문에 그 확인이 용이하지 않다는 문제점이 있다. 이러한 마이크로 칩 내부의 내용물을 검사하기 위해서 고정밀의 검사장치가 필요하며, 마이크로 칩의 위치 및 치수를 정밀하게 측정하여 고정밀의 검사장치를 검사에 필요한 최적의 위치로 배치할 수 있는 측정장치 및 이동장치의 필요성이 제기되고 있다.

일 예로, 마이크로 미터 단위의 채널 내에서 수 ㎛의 사이즈로 흐르는 유체 상태 또는 미세 입자의 통과 여부를 측정하기 위해서 고정밀의 레이저 검사장치가 사용되고 있으며, 이러한 레이저 검사장치에서 검사 대상에 정확하게 레이저 초점이 맞추어져야 요구되는 검사 목적을 달성할 수 있다.

하지만, 마이크로 칩을 검사할 때마다 검사 홀더에 고정시키고 검사 후 제거하는 경우에는 고정밀의 검사를 방해하는 오차 요인들이 생긴다. 왜냐하면, 마이크로 칩의 사이즈가 엄격하게 동일하지 않을 수 있으며, 마이크로 칩이 항상 검사 홀더의 동일한 위치에 고정되지 않으며, 마이크로 칩에 형성된 채널의 위치 및 치수가 동일하지 않기 때문이다. 이러한 오차들을 감안해서 검사 대상이 되는 채널의 위치 및 치수를 측정할 수 있는 측정장치 및 측정된 데이터에 근거하여 검사장치를 적절한 위치로 이동시킬 수 있는 이동장치가 필요하다.

따라서, 본 발명의 목적은 레이저의 반사를 이용하여 미세 채널의 위치 및 치수를 자동으로 측정하는 채널 위치 및 치수 측정방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기 측정방법을 이용하여 미세 채널의 위치 및 치수를 자동으로 측정하는 측정장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 측정방법을 이용하여 미세 채널의 위치 및 치수를 자동으로 측정하고, 그 측정된 결과에 따라 검사 장비를 최적의 위치에 적절하게 배치하는 미세 채널 검사장치를 제공하는 것이다.

상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 레이저 반사를 이용하여 마이크로 칩에 형성된 미세 채널의 위치 및 치수의 측정방법은 레이저 어셈블리에 인접하게 대상 미세 채널을 배치하는 단계, 레이저를 발하는 레이저 어셈블리를 제1 축 방향으로 이동시키면서 레이저의 제1 반사량을 측정하는 단계, 제1 반사량의 각 펄스 구간에서 일 지점을 선택하여 제1 축에 대응하는 제1 스케일에 따라 적어도 하나의 제1 반사 포인트를 순차적으로 특정하는 단계, 레이저를 발하는 레이저 어셈블리를 제2 방향으로 이동시키면서 레이저의 제2 반사량을 측정하는 단계, 제2 반사량의 각 펄스 구간에서 양 경계점을 선택하여 제2 축에 대응하는 제2 스케일에 따라 제2 반사 포인트를 순차적으로 특정하는 단계 및 제1 반사 포인트와 제2 반사 포인트로부터 채널의 위치 및 치수를 특정하는 단계를 구비한다.

마이크로 칩과 같은 미세 채널을 형성하는 검사기구는 유리 또는 합성수지 기판에 성형이 용이한 투광성 합성수지, 즉 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리카보네이트, 폴리테트라플루에틸렌(TEFLON), 폴리비닐클로라이드(PVC) 및 폴리디메틸실록산(PDMS)과 같은 투명한 합성수지로 구성된 적어도 하나의 레이어를 얹어 제작된다.

본 발명은 레이저 초점이 투광성 레이어 사이의 접촉면 및 레이어에 형성된 채널의 벽면을 통과하면서 레이저의 반사량이 급증하는 현상을 이용한 것이다.

바람직하게는 제1 축에 수직하게 복수개의 레이어 층이 수평으로 배치되고, 레이저 어셈블리가 제1 축 방향으로 상하로 이동하면서 제1 스케일에 따른 레이저의 제1 반사량을 측정한다. 제1 반사량의 측정 결과에서 알 수 있듯이, 레이저 초점이 레이어 접촉면 또는 채널의 경계를 통과할 때마다 반사량이 증가한 후 감소하는 펄스 구간이 각각 형성된다. 여기서, 레이저 어셈블리의 위치, 레이어에 형성된 채널의 단면 치수, 레이저의 초점거리, 및 레이저 어셈블리의 스케일(scale)과 실제 길이의 상관관계가 이미 정해져 있기 때문에 제1 축의 이동에 따른 제1 반사량의 측정결과 제1 축 방향에 대한 채널의 상면 및 저면의 위치를 특정할 수 있다.

제1 축 이동에 대한 반사량 측정을 수행한 후, 레이저 어셈블리를 이동시켜 레이저 초점이 채널의 상면 또는 저면과 동일한 수평면 위치시킨다. 그 다음, 레이저 어셈블리를 제1 축에 수직한 제2 축 방향으로 좌우 이동시켜 제2 반사량을 측정한다. 레이저 초점이 제2 축 방향으로 투광성 레이어 접촉면을 따라 이동하는 경우, 그 레이어 사이에 형성된 채널 영역을 통과하면서 레이저의 반사량은 현저하게 증가한다. 여기서 제2 반사량 측정 결과 형성된 펄스 구간의 양 경계점은 채널의 양 측벽에 대응한다. 여기서, 레이저 어셈블리의 위치, 레이어에 형성된 채널의 단면 치수, 레이저의 초점거리, 및 레이저 어셈블리의 스케일(scale)과 실제 길이의 상관관계가 이미 정해져 있기 때문에 채널의 양 측면 치수 및 위치가 결정된다.

본 발명에서는 레이저 어셈블리를 제1 축 및 제2 축 방향으로 이동시켜 검사 대상이 되는 채널의 위치 및 치수를 직접 측정하여 결정하기 때문에 마이크로 칩을 매 고정할 때마다 생기는 오차 및 마이크로 칩의 제작 오차에 기인한 검사 오차의 문제점을 극복할 수 있다.

또한, 채널에 형광성 물질을 포함시켜 채널의 위치 및 치수를 측정하는 종래의 방법과 비교하여, 본 발명은 복수개의 투광성 레이어가 형성하는 접촉면 및 채널의 경계면을 검색함으로써 채널에 별도로 표시 물질을 혼합하지 않는다.

상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 측정장치는 검사 홀더, 검사 홀더에 인접하게 배치되어 마이크로 칩에 레이저를 발광하고 다시 반사되는 레이저를 수광하는 레이저 어셈블리, 레이저 어셈블리와 전기적으로 연결되어 수광되는 레이저의 반사량을 전기적 신호로 변환하는 컨버터, 컨버터와 전기적으로 연결되어 변환된 전기적 신호 중 각 펄스 구간에서 적어도 하나의 반사 포인트를 특정하여 채널의 위치 및 치수를 산출하는 제어 및 분석 부재 및 제어 및 분석 부재에 동작 가능하게 연결되어 제어 및 분석 부재의 제어에 따라 레이저 어셈블리를 이동시키는 이동 부재를 구비한다.

이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 본 발명을 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 채널의 위치 및 치수 측정방법을 설명하기 위해 2층의 투광성 레이어로 이루어진 마이크로 칩을 도시한 단면도이다.

도 1을 참조하면, 검색의 대상이 되는 마이크로 칩은 유리 기판(110) 및 유리 기판(110)의 저면에 대응하여 배치되는 폴리디메틸실록산(이하 "PDMS") 기판(115)으로 이루어진다. 양 기판(110, 115)은 투광성을 가지며, 유리 및 PDMS 이외에도 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리카보네이트, 폴리테트라플루에틸렌(TEFLON) 및 폴리비닐클로라이드(PVC) 등의 합성수지가 사용될 수 있다.

도시된 바와 같이, PDMS 기판(115)의 상면에는 채널(120)이 음각으로 형성되어 있으며, 채널(120)은 직사각형 형상의 단면을 가진다. 도 1에서는 본 발명은 용이하게 설명하기 위해 한 개의 채널만 도시하고 있지만, 본 발명은 이에 한정되지 아니하며 다양한 크기 및 형상을 가진 복수개의 채널이 형성될 수 있으며, 그 중 선택된 채널에 대한 검색을 수행할 수 있다.

마이크로 칩이 검사 홀더(도시되지 않음)에 고정된 후 레이저 다이오드 및 포토 다이오드를 포함하는 레이저 어셈블리(도시되지 않음)가 검사 대상이 되는 채널에 인접하게 배치된다. 채널(120)의 일반적인 치수가 수 ㎛ ~ 수십 ㎛의 크기를 갖기 때문에 레이저 어셈블리가 채널의 중앙 하부에 정확하게 위치하는 경우는 극히 드물다.

따라서, 본 실시예에서는 레이저 어셈블리가 채널(120)의 하부에서 제1 방향으로 이동하여 레이저 초점이 채널을 통과하는 경우(Ⅰ) 및 채널(120)의 하부에 위치하지 못하여 레이저 초점이 채널을 통과하지 못하는 경우(Ⅱ)가 나누어 설명된다.

도 2는 도 1의 Ⅰ선을 따라 레이저 어셈블리가 이동할 때의 채널의 위치 및 치수 측정방법을 설명하기 위한 개략도이며, 도 3은 도 2의 측정방법에 따른 제1 반사량을 도시한 그래프이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 마이크로 칩은 유리 기판(110), PDMS 기판(115) 및 채널(120)을 포함하며, 검사장치의 검사 홀더(도시되지 않음)에 고정된다. 고정된 마이크로 칩의 하부에 레이저 어셈블리(130)가 채널(120)에 인접하게 배치된다.

레이저 어셈블리(130)는 레이저 다이오드(132), 레이저 다이오드(132)의 정면에 설치되어 레이저 다이오드(132)부터 발광되는 레이저(백색 화살표)를 반사시키고 마이크로 칩에서 반사되어 돌아오는 레이저(흑색 화살표)를 통과시키는 색선별 스플리터(dichroic beamsplitter)(134), 색선별 스플리터(134)에 대응하여 평행하게 배치되는 반사 거울(136), 반사 거울(136)에 대응하며 마이크로 칩에 수직한 제1 축(Z) 방향으로 배치되는 대물렌즈(objective)(138) 및 포토 다이오드(140)를 포함한다. 레이저 다이오드(132)로부터 발광된 레이저 빛은 색선별 스플리터(134) 및 반사 거울(136)에 반사되어 대물렌즈(138)를 통과하게 되고, 대물렌즈(138)를 통과한 레이저 빛은 대물렌즈(138)로부터 레이저 초점(F)에서 포커싱된다.

대물렌즈(138)로부터 발광된 레이저 빛은 마이크로 칩에 의해 반사되어 다시 대물렌즈(138)에서 수광되며, 수광된 레이저 빛은 반사 거울(136)에 의해 반사된 후 색선별 스플리터(134)를 통과하여 포토 다이오드(140)에 수광된다.

특히, 레이저 초점(F)이 Ⅰ선을 따라 채널(120)을 통과하는 경우 레이저 초점이 PDMS 기판(115)의 저면(①지점), 채널(120)의 저면(②지점), 채널의 상면(③) 및 유리 기판의 상면(④지점)을 통과하면서 제1 반사량이 현저하게 증가하였다가 감소하는 펄스 구간이 형성된다.

이를 구간에 따라 반사량을 도시한 것이 도 3의 그래프이다. 포토 다이오드(140)는 수광된 레이저 빛의 신호를 아날로그의 전기적 신호로 변환하며, 아날로그 신호는 아날로그-디지털 컨버터(이하 "A/D 컨버터")(150)에 의해서 디지털 전기적 신호로 변환되어 컴퓨터(155)와 같은 제어기에 의해서 기록 및 분석된다. 이러한 변화는 도 3에 표시된다.

실제로 레이저 초점(F)이 Ⅰ선을 따라 채널(120)을 통과하는 경우 레이저 초점(F)은 ① 내지 ④지점을 통과하지만, 도 3에는 ①, ③ 및 ④지점에서만 각각 펄스 구간이 형성된다. ②지점에서도 파형을 형성하지만 작아서 ③지점의 파형에 포함되는 독립적인 파형을 형성하지 않는다. 각 펄스 구간에서 일 지점을 선택하여 제1 반사 포인트를 순차적으로 특정한다. 실험결과 약 1200, 약 1850 및 약 3100에서 각 펄스 구간의 최고점이 형성되며, 각 펄스 구간의 최고점은 순차적으로 제1 반사 포인트로 특정한다.

레이저 어셈블리(130)는 최초 2000 pulse에 정지되어 있으며, 레이저가 턴온되면서 상하로 움직이며 기준 위치에서 -2000 pulse ~ +2000 pulse 만큼 이동한다. 여기서 10 pulse는 5 ㎛에 해당하며, 다른 스케일에 따라 다른 단위로 정의될 수 있다.

제1 반사 포인트 중 두 번째 포인트는 제1 스케일 1850에 해당하는 점으로서 ③지점에 대응한다. ③지점은 채널(120)에서 유리 기판(110)으로 전이되는 구간으로서 제1 반사량이 가장 크다.

제1 반사량을 측정한 후 레이저 어셈블리(130)는 레이저 초점(F)이 ③지점에 대응되도록 제1 축 방향으로 이동된다. 즉, 기준위치 2000 pulse를 기준으로 -150 pulse (1850 pulse-2000 pulse)만큼 이동되어, 레이저 어셈블리(130)의 레이저 초점(F)은 유리 기판(110)의 저면에 위치하게 된다.

그 다음, 레이저 어셈블리(130)는 제1 축 방향에 수직한 제2 축 방향으로 이동하며, 상기 제1 반사량을 측정하는 경우와 같이 레이저 다이오드(132)로부터 발광된 레이저는 대물렌즈(138)를 통해 마이크로 칩으로 발광된 후 다시 반사되어 포토 다이오드(140)에 수광된다.

도 4는 도 2의 측정방법에 따른 제2 반사량을 도시한 그래프이다.

도 4를 참조하면, 레이저 어셈블리(130)가 제2 방향(X)으로 이동하면서 레이저 초점(F)은 유리 기판(110)의 저면을 따라 이동한다. 제2 반사량을 측정한 결과 채널(120)에 대응하여 하나의 펄스 구간이 형성되며, 이 펄스 구간의 양단은 채널(120)의 양 측벽에 대응한다. 실험결과 약 1210 및 약 1480에서 펄스 구간의 양 측벽이 대응되며, 각 펄스 구간의 제2 반사 포인트로 특정된다.

레이저 어셈블리(130)는 최초 2000 pulse에 정지되며, 레이저가 턴온되면서 제2 축 방향을 따라 좌우로 움직이며 기준 위치에서 -2000 pulse ~ +2000 pulse 만큼 이동한다. 여기서 10 pulse는 5 ㎛에 해당하며, 다른 스케일에 따라 다른 단위로 정의될 수 있다.

실험상 레이저 어셈블리(130)의 위치 및 레이저 초점 거리는 이미 정해져 있기 때문에 채널(120)의 상하좌우의 채널 벽면의 위치 및 치수가 특정되고 채널(120) 내의 임의의 점의 좌표가 특정된다.

이에 따라, 검사에 필요한 장비를 좌표 결과에 따라 적절하게 배치할 수 있게 된다.

도 5는 도 1의 Ⅱ선을 따라 레이저 어셈블리가 이동할 때의 채널의 위치 및 치수 측정방법을 설명하기 위한 개략도이며, 도 6은 도 5의 측정방법에 따른 제1 반사량을 도시한 그래프이다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 레이저 어셈블리(130)는 채널(120)의 하부에 바로 위치하지 않으며, Ⅱ선을 따라 이동하는 경우 레이저 초점(F)이 채널을 통과하지 못하고 PDMS 기판(115) 및 유리 기판(110)만 통과하게 된다.

마이크로 칩 및 레이저 어셈블리(130)는 도 2에 도시되어 있으며 이미 설명하였으므로 반복되는 설명은 생략한다.

레이저 초점(F)이 Ⅱ선을 따라 마이크로 칩을 통과하는 경우 레이저 초점(F)이 PDMS 기판(115)의 저면(①'지점), PDMS 기판(115)과 유리 기판(110)의 접촉면(③'지점) 및 유리 기판의 상면(④'지점)을 통과하게 되고, 제2 반사량에서는 ①' 및 ④'지점에서 현저하게 증가하였다가 감소하는 2개의 펄스 구간이 형성된다.

이를 구간에 따라 반사량을 도시한 것이 도 6의 그래프이다. 포토 다이오드(140)로 수광된 레이저의 신호를 아날로그의 전기적 신호로 변환하며, 아날로그 신호는 아날로그-디지털 컨버터(이하 "A/D 컨버터")(150)에 의해서 디지털 전기적 신호로 변환되어 컴퓨터(155)와 같은 제어기에 의해서 기록 및 분석된다. 이러한 변화가 도 6에 도시되어 있다.

실제로 레이저 초점(F)이 Ⅱ선을 따라 채널(120)을 통과하는 경우 PDMS 및 유리의 굴절률이 거의 동일하기 때문에 레이저 초점(F)이 ③'지점을 통과하는 경우 제1 반사량의 변화가 가시화되지 않는다. 본 실시예에서 레이저 수광 부재로 포토 다이오드(140)를 사용하였지만, 다른 종류의 레이저 수광 부재가 사용될 수 있으며 수광 부재의 종류에 따라 제1 반사량의 펄스 구간의 개수가 달라질 수 있다.

실제로 레이저 어셈블리(130)는 최초 2000 pulse에 정지되며, 레이저가 턴온되면서 상하로 움직이며 기준 위치에서 -2000 pulse ~ +2000 pulse 만큼 이동한다. 여기서 10 pulse는 5 ㎛에 해당하며, 다른 스케일에 따라 다른 단위로 정의될 수 있다.

제1 반사 포인트 중 첫 번째 포인트는 제1 스케일 약 1300에 해당하는 점으로서 ①'지점에 대응한다. ①'지점은 PDMS 기판(115)의 저면에 해당하는 지점으로서, 레이저 어셈블리(130)를 ①'지점에서 이미 정해져 있는 PDMS 기판(115)의 두께만큼 이동시킨다면, 레이저 초점(F)은 PDMS 기판(115) 및 유리 기판(110)의 접촉면에 위치하게 된다.

본 실시예에서 PDMS 기판(115)의 두께는 약 500㎛이므로 레이저 어셈블리(130)를 제1 반사 포인트 중 첫 번째 포인트(1300 pulse)에서 1000 pulse만큼 상승시킨다. 그 결과, 레이저 어셈블리(130)는 레이저 초점(F)이 ③'지점에 대응되도록 제1 축 방향으로 이동된다. 즉, 기준위치 2000 pulse를 기준으로 300 pulse (1300 pulse+1000 pulse-2000 pulse)으로 이동된다.

그 다음, 레이저 어셈블리(130)는 제1 축 방향에 수직한 제2 축 방향으로 이동하며, 상기 제1 반사량을 측정하는 경우와 같이 레이저 다이오드(132)로부터 발광된 레이저 빛은 대물렌즈(138)를 통해 마이크로 칩으로 발광된 후 다시 반사되어 포토 다이오드(140)에 수광된다.

레이저 어셈블리(130)가 제2 축 방향으로 이동하면서 제2 반사량을 측정하는 방법은 도 4에서 이미 설명한 방법과 실질적으로 동일하기 때문에 반복적인 설명은 생략한다.

Ⅱ선이 채널을 통과하지 않기 때문에 채널(120)의 저면을 직접적으로 측정할 수 없으며, 채널(120)의 치수가 이미 정해져 있어 채널(120)의 저면을 특정할 수 있다. 다시 말하면, 실험상 레이저 어셈블리(130)의 위치 및 레이저 초점 거리, 채널의 치수는 이미 정해져 있기 때문에 채널(120)의 상하좌우의 벽면의 위치 및 치수가 특정되고 채널(120) 내의 임의의 점의 좌표가 특정된다.

본 실시예에서는 레이저 어셈블리(130)를 제1 축 방향(Z)으로 이동하면서 제1 반사량을 측정하여 제1 반사 포인트가 3개인지 2개인지 인식한 다음, 각 경우에 따라 레이저 초점(F)을 유리 기판(110)의 저면에 위치시키는 방법을 달리하고 있다. 즉, 제1 반사 포인트가 3개인 경우에는 레이저 어셈블리(130)를 제1 반사 포인트 중 두 번째 포인트에 해당하는 위치로 이동시켜 제2 반사량을 측정하며, 제1 반사 포인트가 2개인 경우에는 레이저 어셈블리(130)를 제1 반사 포인트의 첫 번째 포인트에 해당하는 위치에서 PDMS 기판(115)의 두께에 대응하는 스케일만큼 이동시켜 제2 반사량을 측정한다.

도 7은 제1 실시예에 따른 채널의 위치 및 치수 측정방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

도 7을 참조하면, 마이크로 칩이 검사 홀더에 재치된 후 측정장치가 작동하게 된다. 레이저 어셈블리(130)의 레이저 다이오드(132)가 레이저를 발광하고 포토 다이오드(140)가 반사되는 레이저를 수광하면서 레이저의 반사량을 측정한다(S10). 기준위치에 있는 레이저 어셈블리(130)는 제1 축 방향(Z)으로 상하로 이동하면서 수광되는 레이저의 제1 반사량을 측정한다(S20). 포토 다이오드(140)에 수광되는 제1 반사량을 컨버터(150)에서 분석이 가능한 전기적 신호로 변환을 한 후, 제어 및 분석 부재(155)가 각 펄스 구간에서의 피크 포인트를 제1 반사 포인트 특정을 한다(S25).

이미 설명한 바와 같이, 2층의 투광성 레이어로 구성된 마이크로 칩에서 제1 축 방향(Z)으로 이동하면서 제1 반사량을 측정하면, 2 또는 3개의 제1 반사 포인트가 특정된다. 제1 반사 포인트의 개수가 0 또는 1 인 경우는 측정상 결함이 있는 것으로 판단되기 때문에 제1 반사량 측정 단계(S20)부터 다시 측정을 시작한다.

제2 축 방향(X)에 대한 제2 반사량을 측정하기 전에, 레이저 어셈블리(130)는 레이저 초점의 위치가 상하부 기판의 접촉면, 즉 유리 기판(110)의 저면에 위치하도록 이동된다.

좀 더 구체적으로는, 제1 반사 포인트의 개수가 3인 경우 제1 반사 포인트 중 두 번째 포인트는 유리 기판(110)의 저면에 대응한다. 레이저 어셈블리(130)가 그 두 번째 포인트로 이동되어 레이저 초점(F)에 유리 기판(110)의 저면에 위치한다(S40).

포토 다이오드(140)를 이용하여 측정한 제1 반사 포인트의 개수가 2인 경우 제1 반사량에서 유리 기판(110)과 PDMS 기판(115)의 접촉면(③'지점) 통과시 제1 반사량의 변화는 미약해서 펄스 구간 및 제1 반사 포인트의 특정이 어렵다. 이 경우, PDMS 기판(115)의 두께는 측정 전에 알려져 있거나 알 수 있으므로 다른 경계로부터 유리 기판(110)의 저면에 대응하는 위치를 찾을 수 있다. 즉, 제1 반사 포인트 중 첫 번째 포인트는 PDMS 기판(115)의 저면에 대응하며, 그 첫 번째 포인트로부터 PDMS 기판(115)의 두께에 해당하는 1000 pulse (= 2 pulse/㎛ ×500 ㎛)를 더해서 특정되는 포인트가 유리 기판(110)의 저면에 대응된다. 따라서, 제1 반사 포인트의 개수가 2인 경우 레이저 어셈블리는 제1 반사 포인트 중 첫 번째 포인트에서 PDMS 기판(115)의 두께에 대응하는 스케일만큼 이동된다(S45).

상기 단계 이후 레이저 어셈블리(130)는 유리 기판(110)의 저면에 레이저 초점(F)을 유지하면서 제2 축 방향(X)으로 이동한다. 이 때 제2 반사량이 측정되고, 채널(120)을 통과하는 경우의 제2 반사량은 급하게 증가하여 채널(120)의 넓이에 대응하는 길이만큼 펄스 구간을 형성한다(S50).

포토 다이오드(140)에 수광되는 제2 반사량은 컨버터(150)에 의해 분석이 가능한 전기적 신호로 변환되며, 제어 및 분석 부재(155)는 펄스 구간의 양 단부를 제2 반사 포인트로 순차적으로 특정한다(S55).

제2 반사량을 분석한 결과 펄스 구간의 개수가 1인 경우 정상적으로 수행한 것이지만, 0이거나 2개 이상인 경우는 비정상적으로 수행된 것으로 판단하여 제2 반사량의 측정을 다시 반복한다(S60). 본 실시예에서는 마이크로 칩에 한 개의 채널만 가정하여 펄스 구간의 개수를 1로 제한하였지만, 2 이상의 채널을 포함하는 마이크로 칩의 경우 제2 반사량 측정의 조건을 다양하게 할 수 있다.

제1 반사 포인트 및 제2 반사 포인트가 정상적으로 특정된 후, 이미 알려진 치수 및 기준을 바탕으로 채널(120)의 위치 및 치수를 특정할 수 있으며, 채널(120) 내의 임의의 점에 대한 좌표를 특정할 수 있다(S70).

실시예 2

도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 채널 위치 및 치수 측정장치의 개략도이다.

도 8을 참조하면, 제2 실시예에 따른 채널 위치 및 치수 측정장치(200)는 검사 홀더(260), 검사 홀더(260)에 인접하게 배치되어 마이크로 칩(210)에 레이저를 발광하고 다시 반사되는 레이저를 수광하는 레이저 어셈블리(230), 레이저 어셈블리(230)와 전기적으로 연결되어 수광되는 레이저의 반사량을 전기적 신호로 변환하는 컨버터(250), 컨버터(250)와 전기적으로 연결되어 변환된 전기적 신호 중 각 펄스 구간에서 적어도 하나의 반사 포인트를 특정하여 채널의 위치 및 치수를 산출하는 제어 및 분석 부재(255) 및 제어 및 분석 부재(255)에 동작 가능하게 연결되어 제어 및 분석 부재(255)의 제어에 따라 레이저 어셈블리(230)를 이동시키는 이동 부재(270)를 구비한다.

레이저 어셈블리(230)는, 도시된 바와 같이, 레이저를 발광하는 레이저 다이오드(232), 레이저 다이오드(232)에 인접하게 배치되어 레이저 다이오드(232)로부터 발광되는 레이저를 반사하고 그 반사된 방향으로부터 돌아오는 레이저를 통과시키는 색선별 스플리터(234), 색선별 스플리터(234)에 대응하여 평행하게 배치되는 반사 거울(236), 제2 축 방향(Z)을 향하도록 배치되어 레이저를 상기 레이저 어셈블리(230) 외부로 통과시키고 반사된 레이저를 레이저 어셈블리(230) 내부로 통과시키는 대물렌즈(238), 대물렌즈(238)로부터 수광되어 반사 거울(236) 및 색선별 스플리터(234)를 통해 전달된 레이저를 수광하는 포토 다이오드(240)를 포함한다.

본 실시예에서의 레이저 어셈블리(230), 컨버터(250) 및 제어 및 분석 부재(255)의 구성 및 기능은 제1 실시예에서 대응되는 레이저 어셈블리(130), 컨버터(150) 및 제어 및 분석 부재(155)의 구성 및 기능과 실질적으로 동일하기 때문에 반복되는 설명은 생략한다. 즉, 제1 실시예에서는 위 구성 요소를 이용하여 채널 위치 및 치수를 특정하고 채널 내이 좌표를 특정하는 측정방법이 되어 있으며, 본 실시예는 그 측정방법을 이용한 측정장치에 관한 것으로서 각 구성의 작동 과정 및 순서는 제1 실시예에 설명된 방법과 동일하다.

따라서, 본 실시예에서는 검사 홀더(260) 및 이동 부재(270)에 관한 설명을 더 부가한다. 검사 홀더(260)는 마이크로 칩(210)에 대응하는 형상을 갖는다. 검사 홀더(260)에는 마이크로 칩(210)의 저면을 수용하는 수용부가 형성되며, 그 수용부의 저면에는 마이크로 칩(210)의 검사 영역을 노출시키는 검색창(265)이 형성된다.

검사 홀더(260)에 마이크로 칩(210)이 고정되고, 레이저 어셈블리(230)가 레이저를 발광하면서 이동에 따른 제1 및 제2 반사량을 측정한다.

이동 부재(270)는 레이저 어셈블리(230)와 고정되어 있으며, 제어 및 분석 부재(255)의 제어에 따라 이동 부재(270)는 제1 반사량을 측정하는 동안 레이저 어셈블리(230)를 제1 축 방향(Z)으로 이동시킨다. 제1 반사량을 측정한 후 제어 및 분석 부재(255)의 제어에 따라 이동 부재(270)는 레이저 어셈블리(230)를 제1 축 방향으로 이동시켜, 레이저 초점을 마이크로 칩(210)의 중간 접촉면에 일치시킨다. 그 다음, 이동 부재(270)는 레이저 어셈블리(230)를 제2 축 방향(X)으로 이동시키며, 이 때 제2 반사량이 측정된다.

실시예 3

도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 미세 채널 검사장치의 사시도이며, 도 10은 도 9의 미세 채널 검사장치를 설명하기 위한 개략도이다.

도 9를 참조하면, 제3 실시예에 따른 검사장치(300)는 마이크로 칩(310)을 수용하는 수용부(305)를 형성한다. 수용부(305)에 마이크로 칩(310)이 삽입 및 고정되면서 검사장치(300)는 마이크로 칩(310)을 인식하게 되고, 검사장치(300)가 자동으로 작동된다. 우선적으로 검사장치(300)는 검사 대상이 되는 채널의 위치 및 치수를 자동으로 측정하게 되고, 측정된 위치 및 치수를 근거로 채널 내 소정의 위치를 수치적으로 특정한다. 그 다음, 검사 부재(380)는 특정된 소정의 위치를 검사할 수 있는 최적의 위치로 이동되어 검사를 수행한다.

도 10을 참조하면, 제3 실시예에 따른 미세 채널 검사장치(300)는 투광성 레이어를 고정하는 검사 홀더(360), 레이저 어셈블리(330), 컨버터(350) 및 제어 및 분석 부재(355)를 구비한다. 그 외에도 제어 및 분석 부재(355)에 동작 가능하게 연결되어 제어 및 분석 부재(355)의 제어에 따라 레이저 어셈블리(330)를 이동시키는 제1 이동 부재(370), 검사 홀더(360)에 인접하게 배치되어 미세 채널 내의 내용물을 검사하는 검사 부재(380) 및 제어 및 분석 부재(355)에 동작 가능하게 연결되어 제어 및 분석 부재(355)의 제어에 따라 검사 부재(380)를 이동시키는 제2 이동 부재(385)를 더 구비한다.

본 실시예에서의 제1 이동 부재(370)가 제2 실시예의 이동 부재(270)와 대응되며, 본 실시예의 검사 홀더(360), 레이저 어셈블리(330), 컨버터(350) 및 제어 및 분석 부재(355) 또한 제2 실시예의 검사 홀더(260), 레이저 어셈블리(230), 컨버터(250) 및 제어 및 분석 부재(255)와 대응되어 실질적으로 동일한 구성 및 기능을 갖는다. 따라서, 본 실시예에서는 제1 실시예 및 제2 실시예에서 이미 구체적으로 설명된 반복되는 기재는 생략한다.

따라서, 이하 검사 부재(380) 및 제2 이동 부재(385)에 대해 설명한다.

검사 부재(380)는 검사 홀더(360)의 측벽에 설치되며, 미세 채널의 측면에서 레이저를 발사하여 미세 채널을 통과하는 유체의 상태 및 미세 입자의 통과 여부를 검사한다. 제2 이동 부재(385)는 제어 및 분석 부재(355)와 동작 가능하게 연결되어 제어 및 분석 부재(355)의 제어에 의해 검사 부재(380)를 검사에 적합한 최적의 위치로 이동시킨다.

본 실시예에서는 레이저를 발사하여 미세 채널을 검사하는 검사 부재(380)를 검사 홀더(360)의 측면에 배치하지만, 본 발명에 따라 다른 종류의 검사 부재가 다양한 위치에 배치될 수도 있다.

본 발명에 따르면, 정밀한 레이저를 사용하여 자동으로 측정하기 때문에 채널의 위치 및 치수를 정확하고 신속하게 측정할 수 있다.

또한, 투광성 레이어 및 채널의 경계에서의 레이저 반사량을 기준으로 측정하기 때문에 채널 내의 내용물에 대한 영향력을 최소화할 수 있다.

또한, 마이크로 칩 등과 같이 미세 채널을 이용한 장치의 응용범위를 확대할 수 있다.

또한, 마이크로 칩을 삽입하는 작업으로 원하는 작업을 신속하고 용이하게 수행할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 제1 실시예에 따른 채널의 위치 및 치수 측정방법을 설명하기 위해 2층의 투광성 레이어로 이루어진 마이크로 칩을 도시한 단면도이다.

도 2는 도 1의 Ⅰ선을 따라 레이저 어셈블리가 이동할 때의 채널의 위치 및 치수 측정방법을 설명하기 위한 개략도이다.

도 3은 도 2의 측정방법에 따른 제1 반사량을 도시한 그래프이다.

도 4는 도 2의 측정방법에 따른 제2 반사량을 도시한 그래프이다.

도 5는 도 1의 Ⅱ선을 따라 레이저 어셈블리가 이동할 때의 채널의 위치 및 치수 측정방법을 설명하기 위한 개략도이다.

도 6은 도 5의 측정방법에 따른 제1 반사량을 도시한 그래프이다.

도 7은 제1 실시예에 따른 채널의 위치 및 치수 측정방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 채널 위치 및 치수 측정장치의 개략도이다.

도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 미세 채널 검사장치의 사시도이다.

도 10은 도 9의 미세 채널 검사장치를 설명하기 위한 개략도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

110 : 유리 기판 210, 310 : 마이크로 칩

115 : PDMS 기판 120 : 채널

130, 230, 330 : 레이저 어셈블리 132, 232, 332 : 레이저 다이오드

134, 234, 334 : 색선별 스플리터 138, 238, 338 : 대물 렌즈

140, 240, 340 : 포토 다이오드 150, 250, 350 : 컨버터

155, 255, 355 : 제어 및 분석 부재

260, 360 : 검사 홀더

Claims (11)

1. 복수개의 투광성 레이어로 이루어진 마이크로 칩에 형성된 미세 채널의 위치 및 치수를 측정하는 방법에 있어서,

   레이저 어셈블리에 인접하게 대상 미세 채널을 배치하는 단계;

   레이저를 발하는 상기 레이저 어셈블리를 제1 축 방향으로 이동시키면서 레이저의 제1 반사량을 측정하는 단계;

   상기 제1 반사량의 각 펄스 구간에서 일 지점을 선택하여 상기 제1 축에 대응하는 제1 스케일에 따라 적어도 하나의 제1 반사 포인트를 순차적으로 특정하는 단계;

   레이저를 발하는 상기 레이저 어셈블리를 제2 방향으로 이동시키면서 레이저의 제2 반사량을 측정하는 단계;

   상기 제2 반사량의 각 펄스 구간에서 양 끝점을 선택하여 상기 제2 축에 대응하는 제2 스케일에 따라 적어도 하나의 제2 반사 포인트를 순차적으로 특정하는 단계; 및

   상기 제1 반사 포인트 및 상기 제2 반사 포인트로부터 채널의 위치 및 치수를 특정하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 채널 위치 및 치수 측정방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 제2 반사량을 측정하는 단계 전에 상기 레이저 어셈블리의 레이저 초점이 상기 제1 반사 포인트 중 선택된 하나에 대응하여 위치하도록 상기 레이저 어셈블리를 이동시키는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 채널 위치 및 치수 측정방법.
3. 제2항에 있어서,

   상기 제1 반사 포인트가 3개 이상인 경우, 상기 레이저 어셈블리는 상기 제1 반사 포인트 중 두 번째 포인트에 대응하는 위치로 이동한 후 상기 제2 방향으로 이동하는 것을 특징으로 하는 채널 위치 및 치수 측정방법.
4. 제2항에 있어서,

   상기 제1 반사 포인트가 2개인 경우, 상기 레이저 어셈블리는 상기 제1 반사 포인트 중 첫 번째 포인트에서 가장 근접한 투광성 레이어의 두께에 대응하는 길이만큼 떨어진 위치로 이동한 후 상기 제2 방향으로 이동하는 것을 특징으로 하는 채널 위치 및 치수 측정방법.
5. 제1항에 있어서,

   상기 제1 방향은 마이크로 칩에 수직하고, 상기 제2 방향은 상기 제1 방향에 수직한 것을 특징으로 하는 채널 위치 및 치수 측정방법.
6. 제1항에 있어서,

   상기 제1 반사 포인트를 순차적으로 특정하는 단계는 상기 각 펄스 구간의 최고점을 일 지점으로 특정하는 것을 특징으로 하는 채널 위치 및 치수 측정방법.
7. 복수개의 투광성 레이어 사이에 형성된 미세 채널의 위치 및 치수를 측정하는 장치에 있어서,

   투광성 레이어를 고정하는 검사 홀더;

   상기 검사 홀더에 인접하게 배치되어 투광성 레이어에 레이저를 발광하고 다시 반사되는 레이저를 수광하는 레이저 어셈블리;

   상기 레이저 어셈블리와 전기적으로 연결되어 수광되는 레이저의 반사량을 전기적 신호로 변환하는 컨버터;

   상기 컨버터와 전기적으로 연결되어 변환된 전기적 신호 중 각 펄스 구간에서 적어도 하나의 반사 포인트를 특정하여 채널의 위치 및 치수를 산출하는 제어 및 분석 부재; 및

   상기 제어 및 분석 부재에 동작 가능하게 연결되어 상기 제어 및 분석 부재의 제어에 따라 상기 레이저 어셈블리를 이동시키는 이동 부재를 구비하는 채널 위치 및 치수 측정장치.
8. 제7항에 있어서,

   상기 레이저 어셈블리는 레이저를 발광하는 레이저 다이오드, 상기 레이저 다이오드에 인접하게 배치되어 상기 레이저 다이오드로부터 발광되는 레이저를 반사하고 그 반사된 방향으로부터 돌아오는 레이저를 통과시키는 색선별 스플리터, 상기 검사 홀더를 향하도록 배치되어 레이저를 상기 레이저 어셈블리 외부로 통과시키고 반사된 레이저를 상기 레이저 어셈블리 내부로 통과시키는 대물렌즈, 상기 대물렌즈로부터 수광되어 상기 색선별 스플리터를 통과한 레이저를 수광하는 포토 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 채널 위치 및 치수 측정장치.
9. 제7항에 있어서,

   상기 이동 부재는 상기 레이저 어셈블리를 투광성 레이어에 수직한 제1 축 방향 및 상기 제1 축 방향에 수직한 제2 축 방향으로 이동시키는 것을 특징으로 하는 채널 위치 및 치수 측정장치.
10. 제9항에 있어서,

    상기 레이저 어셈블리가 제1 축 방향으로 이동할 때 상기 제어 및 분석 부재는 상기 컨버터를 통해 전달되는 제1 반사량의 각 펄스 구간에서의 피크 포인트를 제1 반사 포인트로 순차적으로 특정하며,

    상기 제어 및 분석 부재의 제어에 의해 상기 이동 부재는 상기 제1 반사 포인트의 개수에 대응하여 상기 레이저 어셈블리를 소정의 위치로 이동시킨 후 제2 축 방향으로 이동시키며,

    상기 레이저 어셈블리가 제2 축 방향으로 이동할 때 상기 제어 및 분석 부재는 상기 컨버터를 통해 전달되는 제2 반사량의 각 펄스 구간의 양 끝 포인트를 제2 반사 포인트로 순차적으로 특정하는 것을 특징으로 하는 채널 위치 및 치수 측정장치.
11. 복수개의 투광성 레이어 사이에 형성된 미세 채널의 내용물을 검사하는 검사 장치에 있어서,

    투광성 레이어를 고정하는 검사 홀더;

    상기 검사 홀더에 인접하게 배치되어 투광성 레이어에 레이저를 발광하고 다시 반사되는 레이저를 수광하는 레이저 어셈블리;

    상기 레이저 어셈블리와 전기적으로 연결되어 수광되는 레이저의 반사량을 전기적 신호로 변환하는 컨버터;

    상기 컨버터와 전기적으로 연결되어 변환된 전기적 신호 중 각 펄스 구간에서 적어도 하나의 반사 포인트를 특정하여 채널의 위치 및 치수를 산출하는 제어 및 분석 부재;

    상기 제어 및 분석 부재에 동작 가능하게 연결되어 상기 제어 및 분석 부재의 제어에 따라 상기 레이저 어셈블리를 이동시키는 제1 이동 부재;

    상기 검사 홀더에 인접하게 배치되어 미세 채널 내의 내용물을 검사하는 검사 부재; 및

    상기 제어 및 분석 부재에 동작 가능하게 연결되어 상기 제어 및 분석 부재의 제어에 따라 상기 검사 부재를 이동시키는 제2 이동 부재를 구비하는 검사장치.