KR100680092B1 - 광반응 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 과제는 마이크로 패턴의 제작을 저렴하면서 신속하게 실현할 수 있는 광반응 장치를 제공하는 것이다.
광반응 장치(1)는 입력 화상을 표시하는 LCD 패널에 빛을 조사함으로써 화상을 투사하는 LCD 프로젝터(3)와, 광반응성의 시료를 설치하는 시료 설치 스테이지(16)와, LCD 프로젝터(3)로부터의 투사광을 축소시켜 시료 상에 결상시키는 축소 투사 렌즈(13)와, 시료에 결상되는 화상의 투사 배율을 조정하기 위한 줌 조정 기구(4)를 구비한다. 줌 조정 기구(4)는 LCD 패널과 축소 투사 렌즈(13) 사이의 거리를 조정하기 위한 제1 조정 베이스(11)와, 축소 투사 렌즈(13)와 시료 사이의 거리를 조정하기 위한 제2 조정 베이스(12)로 구성되어 있다.
광반응 장치, LCD 프로젝터, 축소 투사 렌즈, 줌 조정 기구, 시료 설치 스테이지
Description
도1은 본 발명의 실시예의 광반응 장치의 전방 사시도.
도2는 도1의 광반응 장치의 후방 사시도.
도3은 도1의 광반응 장치의 투사 경로를 도시하는 도면.
도4는 도1의 광반응 장치의 프레임 하우징과 제1 조정 베이스를 도시하는 배면도.
도5는 도1의 광반응 장치의 제1 조정 베이스와 제2 조정 베이스를 도시하는 평면도.
도6은 시료의 구조 및 시료에의 빛의 조사를 도시하는 도면.
도7은 도1의 광반응 장치로 제작한 폴리디메틸실록산의 마이크로 패턴을 도시하는 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 광반응 장치
2 : 프레임 하우징
3 : LCD 프로젝터
4 : 줌 조정 기구
7 : LCD 패널
11 : 제1 조정 베이스(제1 조정부)
12 : 제2 조정 베이스(제2 조정부)
13 : 축소 투사 렌즈
16 : 시료 설치 스테이지
18 : 스코프
19 : 시료
21 : 빔분할기
PC : 퍼스널 컴퓨터
[문헌 1] JP 2002-510969 A
본 발명은, 모노머나 올리고머의 광중합이나, 포토레지스트의 노광에 의해 세포의 마이크로 패터닝이나 마이크로 유로(이하, 마이크로 패턴이라 총칭함) 등을 제작하기 위한 광반응 장치에 관한 것이다.
최근 세포의 마이크로 패터닝은, 세포간의 시그널 전달 등의 기초 연구나 세포를 이용한 바이오 센서의 제작에 이바지되고 있다. 또한, 복수 종류의 세포의 마이크로 패턴의 조합에 의해, 재생 의료에의 응용도 기대되고 있다.
이러한 세포의 마이크로 패터닝의 방법으로서는, 종래부터 반도체 제조 기술 인 포토리소그래피가 이용되어 왔다(예를 들어, 문헌 1 참조). 이 포토리소그래피라 함은, 예를 들어 유리판에 크롬의 패턴을 묘사한 포토마스크를 통해, 자외선 등의 빛을 렌즈로 축소시켜 실리콘 웨이퍼에 투사하고 회로 패턴을 베이킹하는 방법이다.
그리고, 세포의 마이크로 패터닝에서는 기재 상에 광반응성의 시료를 얇게 도포하고, 이에 마이크로 패턴을 묘사한 상기 포토마스크를 통해 빛을 축소시켜 투사함으로써, 중합시키는 것이었다.
그러나, 이러한 종래의 방법에서는 고가의 전용 장치가 필요하게 되는 동시에, 패턴의 제작에 금속이나 유리로 된 포토마스크가 필요하게 되므로, 이 포토마스크의 제조에 상당한 시간과 비용이 필요하다는 문제가 있었다.
본 발명은, 이러한 종래의 기술적 과제를 해결하기 위해 이루어진 것이고, 이러한 마이크로 패턴의 제작을 저렴하면서 신속하게 실현되는 광반응 장치를 제공하는 것이다.
[과제를 해결하기 위한 수단]
본 발명의 광반응 장치는, 입력 화상을 표시하는 LCD 패널에 빛을 조사함으로써 화상을 투사하는 LCD 프로젝터와, 광반응성의 시료를 설치하는 시료 설치 스테이지와, LCD 프로젝터로부터의 투사광을 축소시켜 시료 상에 결상시키는 축소 투사 렌즈와, 시료에 결상되는 화상의 투사 배율을 조정하기 위한 줌 조정 기구를 구비하는 것을 특징으로 한다.
청구항 2의 발명의 광반응 장치는, 상기에 있어서 줌 조정 기구는 LCD 패널과 축소 투사 렌즈 사이의 거리를 조정하기 위한 제1 조정부와, 축소 투사 렌즈와 시료 사이의 거리를 조정하기 위한 제2 조정부로 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.
청구항 3의 발명의 광반응 장치는, 상기 각 발명에 있어서 LCD 프로젝터로부터 시료까지의 투사 경로에의 외부로부터의 입사광을 차단하기 위한 암막을 설치한 것을 특징으로 한다.
청구항 4의 발명의 광반응 장치는, 상기 각 발명에 있어서 시료 상에 결상되는 화상의 포커스를 확인하기 위한 스코프를 구비한 것을 특징으로 한다.
청구항 5의 발명의 광반응 장치는, 상기 각 발명에 있어서 LCD 프로젝터에 입력되는 동화상에 동기하여 시료를 이동시키는 이동 기구를 설치한 것을 특징으로 한다.
다음에, 도면을 기초로 하여 본 발명의 실시 형태를 상세하게 서술한다. 도1은 본 발명의 일실시예의 광반응 장치(1)의 전방 사시도, 도2는 광반응 장치(1)의 후방 사시도이다. 실시예의 광반응 장치(1)는 프레임 하우징(2)과, 이 프레임 하우징(2) 상에 설치된 LCD(액정) 프로젝터(3) 및 줌 조정 기구(4) 등과, 퍼스널 컴퓨터(PC) 등으로 구성되어 있다.
상기 프레임 하우징(2)에는 좌우에 걸치는 부착 레일(6, 6)이 전후로 구성되어 있고, 이 부착 레일(6, 6)에 걸쳐 프레임 하우징(2)을 향해 좌측에 LCD 프로젝 터(3)가 고정되어 있다. 이 LCD 프로젝터(3)는, 도3에 도시한 LCD 패널(액정 패널)(7)과 도시하지 않은 램프를 구비한 범용의 LCD 프로젝터이며, 퍼스널 컴퓨터(PC)에 접속되어 상기 퍼스널 컴퓨터(PC)로부터 화상 데이터가 입력되도록 구성되어 있다. 또한, 이 경우 LCD 패널(7)은 14 내지 36 ㎛/pixel(실시예에서는 18 ㎛/pixel)의 세밀한 LCD 패널이다. 그리고, LCD 프로젝터(3)는 퍼스널 컴퓨터(PC)로부터의 입력 화상을 LCD 패널(7)에 표시하는 동시에, 이 LCD 패널(7)에 램프로부터 빛을 조사함으로써 입력 화상을 프레임 하우징(2)을 향해 우측 방향을 향해 투사하는 것이다.
상기 줌 조정 기구(4)는, 볼트(8, 8)(실시예에서는 육각 볼트)로 프레임 하우징(2)의 후방측의 부착 레일(6)을 향해 우측에 좌우 방향[즉, 부착 레일(6, 6)의 길이 방향]으로 이동 가능하게 부착된 제1 조정 베이스(제1 조정부)(11)와, 이 제1 조정 베이스(11)에 볼트(9…)(실시예에서는 육각 볼트)로 좌우 방향[즉, 부착 레일(6, 6)의 길이 방향]으로 이동 가능하게 부착된 제2 조정 베이스(제2 조정부)(12)로 구성되어 있다.
또, 제1 조정 베이스(11)를 향해 좌단부의 부분에는, 상기 LCD 프로젝터(3)의 LCD 패널(7)에 대향하는 위치에 축소 투사 렌즈(실시예에서는 0.5배의 결상 렌즈)(13)가 부착되어 있다. 그리고, LCD 프로젝터(3)에는 상기 LCD 패널(7)로부터 축소 투사 렌즈(13)까지 미치는 신축 경통(14)이 설치되어 있고, LCD 프로젝터(3)로부터의 투사광은 이 신축 경통(14) 내를 지나서 축소 투사 렌즈(13)에 이르는 구조로 되어 있다.
또한, 제2 조정 베이스(12)의 하부에는 시료 설치 스테이지(16)가 부착되어 있다. 이 시료 설치 스테이지(16)는 스테이지 승강 손잡이(17)를 회전시킴으로써 제2 조정 베이스(12)에 대해 승강 가능하게 되어 있다. 또한, 이 시료 설치 스테이지(16)의 상방에 대응하는 위치의 제2 조정 베이스(12) 상부에는, 포커스 확인용의 스코프(18)가 부착되어 있다. 이 스코프(18)는 위에서 들여다 봄으로써, 하방의 시료 설치 스테이지(16)에 설치된 시료(19)(도3) 상에 결상되는 화상의 포커스를 확인하기 위한 것이고, 조출 조정 링(18A)과 포커스 조정 링(18B)을 구비하고 있다.
게다가, 시료 설치 스테이지(16)와 스코프(18) 사이의 위치의 제2 조정 베이스(12)에는, 상기 축소 투사 렌즈(13)에 수평 방향으로 대향하는 위치에 빔분할기(21)가 부착되어 있다. 이 빔분할기(21)는 축소 투사 렌즈(13)를 거친 투사광을 전방과 하방의 시료 설치 스테이지(16)측으로 분리하는 것이며, 상측에는 ND 필터(22)가 설치되어 있다.
그리고, 도1 및 도2에서는 도시하지 않지만, 시료 설치 스테이지(16), 빔분할기(21), 스코프(18) 및 축소 투사 렌즈(13)의 빔분할기(21)측의 부분은 도3에 파선으로 나타낸 바와 같이 암막(23)으로 덮힌다. 이 암막(23)은 LCD 프로젝터(3)로부터 시료(19)까지의 투사광의 경로에 외부로부터 빛이 입사하는 것을 방지하는 것이며, 시료(19) 등을 시료 설치 스테이지(16) 상에 설치하는 경우에 용이하게 개폐할 수 있게 구성되어 있다.
또한, 실시예에서는 LCD 프로젝터(3)로부터 축소 투사 렌즈(13)까지의 사이에 신축 경통(14)이 있기 때문에, 외부로부터의 입사광은 들어 가지 않지만, 이러한 신축 경통(14)이 없는 경우에는 LCD 프로젝터(3)의 축소 투사 렌즈(13)측도 암막(13)으로 덮히게 된다.
이상의 구성으로, 다음에 본 발명의 광반응 장치(1)를 사용한 마이크로 패턴의 제작 방법에 대해 설명한다. 또, 당초 암막(23)은 제거되어 있는 것으로 한다. 우선, 줌 조정 기구(4)를 이용하여 시료(19)에의 투사 배율의 조정을 행한다. 실시예에서는 투사 배율을 투사 화소 사이즈로서 7 내지 13 ㎛/pixel의 범위에서 조정 가능하게 되어 있다. 지금, 투사 화소 사이즈(투사 배율)를 9 ㎛/pixel로 조정하는 경우에는, 우선 제1 조정 베이스(11)의 볼트(8, 8)를 느슨하게 하여 제1 조정 베이스(11)를 좌우 방향으로 이동시키고, 상기 제1 조정 베이스(11)에 기재된 화살표를 프레임 하우징(2)에 기재되어 있는 숫자의 9에 맞춘다. 또한, 프레임 하우징(2)에는 도4에 도시한 바와 같이 7 내지 13(상기 투사 화소 사이즈)의 숫자가 기재되어 있다.
여기서, 상기 각 투사 화소 사이즈에 적합한 LCD 패널(7)과 축소 투사 렌즈(13) 사이의 거리는 미리 측정되어 있고, 제1 조정 베이스(11)의 화살표를 프레임 하우징(2)의 숫자에 맞춤으로써 상기 숫자의 투사 화소 사이즈에 맞은 LCD 패널(7)과 축소 투사 렌즈(13) 사이의 거리가 되도록 구성되어 있다. 그리고, 볼트(8, 8)를 다시 체결하여 제1 조정 베이스(11)의 위치를 고정한다.
다음에, 제2 조정 베이스(12)의 볼트(9…)를 느슨하게 하여 제2 조정 베이스(12)를 좌우 방향으로 이동시키고, 상기 제2 조정 베이스(12)에 기재된 화살표를 제1 조정 베이스(11)에 기재되어 있는 숫자의 9에 맞춘다. 또한, 제1 조정 베이스(11)에는 도5에 도시한 바와 같이 7 내지 13(상기 투사 화소 사이즈)의 숫자가 기재되어 있다.
여기서, 상기와 같은 제1 조정 베이스(11)의 위치에 있어서 상기 각 투사 화소 사이즈에 적합한 축소 투사 렌즈(13)와 시료(19) 사이의 거리는 미리 측정되어 있고, 제2 조정 베이스(12)의 화살표를 제1 조정 베이스(11)의 숫자에 맞춤으로써 상기 숫자의 투사 화소 사이즈에 맞은 축소 투사 렌즈(13)와 시료(19) 사이의 거리가 되도록 구성되어 있다. 그리고, 볼트(9…)를 다시 체결하여 제2 조정 베이스(12)의 위치를 고정한다.
이에 의해, 투사 화소 사이즈가 9 ㎛/pixel이 되는 투사 배율로, 시료(19) 상에 저스트 포커스로 화상이 결상되게 된다. 이러한 포커스 상태는 시료(19)에 반사하여 빔분할기(21)를 통과하고, 상방을 향하는 빛이 스코프(18)에 입사함으로써 확인할 수 있다. 그 경우는, 우선 스테이지 승강 손잡이(17)를 이용하여 시료 설치 스테이지(16)를 기준 위치로 이동하여 로크한다. 다음에, 시료 설치 스테이지(16) 상에 도시하지 않은 포커스 체크용의 반사 미러를 설치한다.
다음에, LCD 프로젝터(3)의 전원을 투입하고, 퍼스널 컴퓨터(PC)로부터 소정의 조정용 패턴 화상의 데이터를 입력한다. LCD 프로젝터(3)는 LCD 패널(7)에 입력된 조정용 패턴 화상을 표시하기 때문에, 반사 미러에는 이러한 조정용 패턴이 전술한 투사 배율로 투사된다. 다음에, 스코프(18) 상에서 들여다 보아 조정용 패턴 화상의 포커스 상태를 확인한다. 이 때 상이 흐려져 있을 때에는 포커스 조정 링(18B)을 이용하여 상이 선명하게 보이도록 조정하면 좋다.
이와 같이 하여 투사 배율(줌)과 포커스의 조정이 종료되면, 전술한 반사 미러를 제거하고, 대신에 시료(19)를 시료 설치 스테이지(16)에 설치한다. 이 경우, 반사 미러와 시료(19)의 판 두께 차이는 스테이지 승강 손잡이(17)로 조정하거나, 시료 승강 스테이지(16) 상에 두께 차이만큼의 스페이서를 설치하여 조정한다. 그 후, 암막(23)을 부착하여, 전술한 바와 같이 시료 설치 스테이지(16), 빔분할기(21), 스코프(18) 및 축소 투사 렌즈(13)의 빔분할기(21)측의 부분을 덮는다. 이에 의해, LCD 프로젝터(3)로부터 시료(19)까지의 투사광의 경로에 외부로부터 빛이 입사하는 것이 방지된다.
여기서, 실시예의 시료(19)는 도6에 도시한 바와 같이 실란 커플링제를 코팅한 실란화 커버 글래스와 미처리의 커버 글래스 사이에 가시광중합 개시제를 함유한 모노머(단량체) 용액을 끼워 넣은 것이다.
다음에, 이러한 시료(19)에 투사하는 예를 들어 세포의 마이크로 패턴 화상을 퍼스널 컴퓨터(PC)로 작성하고, 혹은 다른 것으로 작성된 것을 퍼스널 컴퓨터(PC)로 판독하여 LCD 프로젝터(3)에 입력한다. LCD 프로젝터(3)는 LCD 패널(7)에 관한 입력 화상을 표시하기 때문에, 축소 투사 렌즈(13)로 축소된 화상이 전술한 투사 배율로 시료(19) 상에 투사되게 된다.
이와 같이 하여 시료(19)에 빛을 조사하여 모노머의 가교 중합 반응을 발생하게 한 후, 미처리의 커버 글래스를 떼어내면 실란화 커버 글래스 표면에 폴리머의 마이크로 패턴이 제작된다. 도7은 폴리디메틸실록산의 마이크로 패턴을 제작한 경우를 나타내고 있다. 이 경우, 도7의 상부 좌측에 퍼스널 컴퓨터(PC)로 묘화한 화상을 나타내고, 그 우측에 실제로 제작된 마이크로 패턴을 나타내고 있다. 또한, 하측에는 실란화 커버 글래스의 단면을 도시하고 있고, 가교한 3차원 구조가 구성되어 있는 것을 알 수 있다.
이와 같이 본 발명에서는 종래와 같은 포토마스크를 제작하는 일 없이 시료(19)에 직접 화상을 투사하여 마이크로 패턴을 제작하는 것이 가능해지므로, 제작 작업의 신속화와 비용의 삭감을 도모할 수 있게 된다. 특히, 범용의 LCD 프로젝터(3)를 이용하여 장치를 구성할 수 있으므로, 장치 자체의 생산 비용도 현저히 삭감할 수 있다. 특히, 줌 조정 기구(4)에 의해 시료(19)에 결상되는 화상의 투사 배율을 조정할 수 있으므로, 용도에 따라서 미소 형상의 치수 조절을 행할 수 있게 되어 범용성이 풍부해진다. 이 경우, 줌 조정 기구(4)는 LCD 패널(7)과 축소 투사 렌즈(13) 사이의 거리를 조정하기 위한 제1 조정 베이스(11)와, 축소 투사 렌즈(13)와 시료(19) 사이의 거리를 조정하기 위한 제2 조정 베이스(12)로 구성되어 있기 때문에, 시료(19) 상에 결상되는 화상의 줌 조정과 포커스 조정을 원활하면서 확실하게 행할 수 있게 된다.
또한, LCD 프로젝터(3)로부터 시료(19)까지의 투사 경로로 외부로부터 입사광이 들어 가는 것을 차단하기 위해 암막(23)을 설치하고 있으므로, 외부로부터의 입사광에 의한 시료에의 악영향을 배제하는 것이 가능해진다. 또한, 암막(23)이기 때문에 개폐가 용이하고, 예를 들어 시료(19)(반사 미러)를 설치 및 교환하는 등의 작업도 용이하게 행할 수 있다.
그리고, 이와 같이 하여 제작된 마이크로 패턴을 이용하여 세포의 패턴 제어를 행한다. 또, 마이크로 패턴으로서는 이러한 세포의 마이크로 패턴 외에, 미세한 통로(마이크로 유로) 등의 제작도 가능하다.
여기서, LCD 패널(7)이 한 번에 표시할 수 있는 치수보다도 큰 치수의 화상을 취급하는 경우에는, 그것을 예를 들어 우측으로부터 좌측으로 이동하는 동화상으로 하여 작성하면 좋다. 또한, 이 경우에는 시료 설치 스테이지(16)를 우측으로부터 좌측으로 이동시키는 도시하지 않은 이동 기구를 설치한다. 그리고, 이러한 이동 기구에 의해 화상의 이동에 동기하여 시료(19)를 이동시키면, LCD 패널(7)의 사이즈보다도 전체 치수가 큰 미세 형상도 제작하는 것이 가능해진다.
게다가, 실시예에서는 모노머의 가시광에 의한 가교 중합에 의해 마이크로 패턴의 제작을 행하였지만, 또한 그에 한정되지 않으며, 박막으로 하여 빛을 조사하면 구조가 변화되는 소위 포토레지스트를 이용해도 본 발명은 유효하다.
본 발명의 광반응 장치는, 입력 화상을 표시하는 LCD 패널에 빛을 조사함으로써 화상을 투사하는 LCD 프로젝터와, 광반응성의 시료를 설치하는 시료 설치 스테이지와, LCD 프로젝터로부터의 투사광을 축소시켜 시료 상에 결상시키는 축소 투사 렌즈와, 시료에 결상되는 화상의 투사 배율을 조정하기 위한 줌 조정 기구를 구비하고 있기 때문에, 예를 들어 퍼스널 컴퓨터 등으로 작성한 화상 데이터를 LCD 프로젝터에 입력함으로써, 상기 화상을 축소시켜 시료 상에 결상시키고 광반응에 의해 미세 형상을 제작할 수 있게 된다.
이에 의해, 종래와 같은 포토마스크를 사용하는 일 없이, 시료에 직접 화상을 투사하여 마이크로 패턴 등을 제작하는 것이 가능해지고, 제작 작업의 신속화와 비용의 삭감을 도모할 수 있게 된다. 특히, 범용의 LCD 프로젝터를 이용하여 장치를 구성할 수 있으므로, 장치 자체의 생산 비용도 현저히 삭감할 수 있게 된다.
특히, 줌 조정 기구에 의해 시료에 결상되는 화상의 투사 배율을 조정할 수 있으므로, 용도에 따라서 미소 형상의 치수 조절을 행할 수 있게 되어 범용성이 풍부해진다. 특히, 이 경우 청구항 2의 발명과 같이 줌 조정 기구를, LCD 패널과 축소 투사 렌즈 사이의 거리를 조정하기 위한 제1 조정부와, 축소 투사 렌즈와 시료 사이의 거리를 조정하기 위한 제2 조정부로 구성함으로써, 시료 상에 결상되는 화상의 줌 조정과 포커스 조정을 원활하면서 확실하게 행할 수 있게 되는 것이다.
또, 청구항 3의 발명과 같이 LCD 프로젝터로부터 시료까지의 투사 경로로 외부로부터 입사광이 들어 가는 것을 차단하기 위한 암막을 설치하면, 작업성을 담보하면서 외부로부터의 입사광에 의한 악영향을 배제하는 것이 가능해진다. 또, 청구항 4의 발명과 같이 시료 상에 결상되는 화상의 포커스를 확인하기 위한 스코프를 설치하면, 시료 상에 결상되는 화상의 포커스를 용이하게 확인할 수 있게 된다.
게다가, 청구항 5의 발명과 같이 LCD 프로젝터에 입력되는 동화상에 동기하여 시료를 이동시키는 이동 기구를 설치하면, 예를 들어 LCD 패널의 치수보다 큰 화상을 취급하는 경우에는 좌우 혹은 상하로 이동하는 화상(동화상)으로서 퍼스널 컴퓨터 상에서 제작하고, 상기 화상(동화상)을 LCD 패널에 표시시키고, 또한 상기 화상(동화상)의 이동에 동기하여 시료를 이동시킴으로써, 전체 치수가 큰 미세 형상도 제작하는 것이 가능해진다.
Claims (5)
- 입력 화상을 표시하는 LCD 패널에 빛을 조사함으로써 상기 화상을 투사하는 LCD 프로젝터와,광반응성의 시료를 설치하는 시료 설치 스테이지와,상기 LCD 프로젝터로부터의 투사광을 축소시켜 상기 시료 상에 결상시키는 축소 투사 렌즈와,상기 시료에 결상되는 화상의 투사 배율을 조정하기 위한 줌 조정 기구를 구비한 것을 특징으로 하는 광반응 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 줌 조정 기구는 상기 LCD 패널과 상기 축소 투사 렌즈 사이의 거리를 조정하기 위한 제1 조정부와, 상기 축소 투사 렌즈와 상기 시료 사이의 거리를 조정하기 위한 제2 조정부로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 광반응 장치.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 LCD 프로젝터로부터 상기 시료까지의 투사 경로에의 외부로부터의 입사광을 차단하기 위한 암막을 설치한 것을 특징으로 하는 광반응 장치.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 시료 상에 결상되는 화상의 포커스를 확인 하기 위한 스코프를 구비한 것을 특징으로 하는 광반응 장치.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 LCD 프로젝터에 입력되는 동화상에 동기하여 상기 시료를 이동시키는 이동 기구를 설치한 것을 특징으로 하는 광반응 장치.
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