KR101532314B1 - 미세 유체 소자의 품질 관리 방법 및 품질 관리 장치 - Google Patents

미세 유체 소자의 품질 관리 방법 및 품질 관리 장치 Download PDF

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Abstract

폴리머 필름을 이용한 밸브를 갖는 미세 유체 소자에서 밸브의 동작 상태를 광학적 특성 변화를 이용하여 검출함으로써 그 품질을 결정할 수 있는 미세 유체 소자의 품질 관리 방법 및 품질 관리 장치를 개시한다. 개시된 미세 유체 소자의 품질 관리 방법은 미세 유체 소자의 밸브 위치에 광을 조사하여 접촉부의 크기, 접촉부 주변의 뉴턴링, 및 밸브 시트 에지의 명암 변화 등을 관찰하여 이를 미리 정의된 기준과 비교함으로써 미세 유체 소자의 정상적 작동 여부를 결정할 수 있다. 이러한 방법에 따르면 제조된 미세 유체 소자의 신뢰성을 용이하게 판단할 수 있다.

Description

미세 유체 소자의 품질 관리 방법 및 품질 관리 장치{Quality control method and apparatus of microfluidic device}
미세 유체 소자의 품질 관리 방법 및 품질 관리 장치를 개시한다. 더욱 상세하게는, 폴리머 필름을 이용한 밸브를 갖는 미세 유체 소자에서 밸브의 동작 상태를 광학적 특성 변화를 이용하여 검출함으로써 그 품질을 결정할 수 있는 미세 유체 소자의 품질 관리 방법 및 품질 관리 장치를 개시한다.
임상 혹은 환경과 관련된 시료의 분석은 일련의 생화학적, 화학적, 기계적 처리과정을 통하여 이루어진다. 최근에는 생물학적인 시료의 진단이나 모니터링을 위한 기술개발이 상당한 관심을 끌고 있다. 최근 핵산을 기반으로 한 분자진단 방법은 그 정확도 및 민감도가 우수하여 감염성 질환이나 암진단, 약물유전체학, 신약 개발 등에서 활용도가 상당히 증가하고 있다.
이러한 다양한 목적에 따라 시료를 간편하고 정밀하게 분석하기 위하여 미세 유체 소자가 널리 사용되고 있다. 미세 유체 소자는 얇은 기판 상에 시료 유입구, 시료 유출구, 미세 유로, 반응 챔버 등이 다수 형성되어 있어서, 하나의 시료에 대해 다양한 검사를 간편하게 수행할 수 있다. 또한, 미세 유체 소자에서 시료 및 시 약이 원하는 위치로 정확하게 제공될 수 있도록 미세 유로 내에는 미세한 밸브가 제공될 수 있다. 이러한 밸브는 통상적으로 얇은 폴리머 필름을 사용하여 형성된다. 이와 같은 미세 유체 소자의 제조시에, 폴리머 필름으로 이루어진 미세한 밸브의 동작 상태를 관찰하여 그 품질을 정확하게 판단하는 것이 중요하다.
폴리머 필름을 이용한 밸브를 갖는 미세 유체 소자에서 밸브의 동작 상태를 광학적 특성 변화를 이용하여 검출함으로써 그 품질을 결정할 수 있는 미세 유체 소자의 품질 관리 방법을 제공한다.
또한, 폴리머 필름을 이용한 밸브를 갖는 미세 유체 소자에서 밸브의 동작 상태를 광학적 특성 변화를 이용하여 검출함으로써 그 품질을 결정할 수 있는 미세 유체 소자의 품질 관리 장치를 제공한다.
한 유형에 따른 미세 유체 소자의 품질 관리 방법은, 적어도 하나의 밸브를 갖는 미세 유체 소자를 스테이지에 배치시키는 단계; 상기 미세 유체 소자의 밸브에 광을 조사하는 단계; 상기 밸브로부터 반사된 광을 검출기로 검출하는 단계; 상기 미세 유체 소자의 밸브를 개방하는 단계; 및 상기 밸브가 개방될 때 반사광의 변화를 미리 저장된 기준 데이터와 비교하여 미세 유체 소자의 품질을 평가하는 단계;를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 미세 유체 소자의 밸브는 미세 유로 내에 돌출하여 형성된 밸브 시트 및 밸브를 여닫기 위한 폴리머 필름을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 밸브가 개방될 때 반사광의 변화는, 폴리머 필름이 미세 유체 소자의 기판과 접촉하여 발생하는 음영, 상기 음영 주변에 발생하는 뉴턴링, 및 상기 밸브 시트의 표면 에지의 명암 변화 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 밸브가 최대로 개방될 때 반사광에서 상기 음영의 직경이 최대가 될 수 있다.
또한, 상기 밸브가 닫혀 있을 때 반사광에서 상기 밸브 시트의 표면 에지에 음영이 발생하지 않으며, 상기 밸브가 개방될 때 반사광에서 상기 밸브 시트의 표면 에지에 음영이 발생할 수 있다.
또한, 상기 미리 저장된 기준 데이터는, 예를 들어, 다수의 양호한 미세 유체 소자에 대해 밸브가 개방될 때 반사광의 변화를 측정하여 통계적으로 미리 제공될 수 있다.
상기 기준 데이터는, 예를 들어, 양호한 미세 유체 소자에 대한 반사광에서의 음영의 평균 크기 및 상한치와 하한치를 갖는 공차를 포함할 수 있다.
상기 밸브의 개방은 상기 폴리머 필름과 상기 미세 유체 소자의 기판 사이의 공간에 진공을 인가하여 수행될 수 있다.
이 경우, 상기 기준 데이터는 상기 공간에 인가되는 진공 값을 달리할 때 각각의 진공 값에 따른 음영과 뉴턴링의 형태 변화를 포함할 수 있다.
또한, 상기 기준 데이터는 상기 공간에 진공을 인가하기 전에 밸브로부터 반사된 영상의 데이터를 포함할 수 있다.
상기 미세 유체 소자의 품질 관리 방법에 따르면, 하나의 밸브에 대해 미세 유체 소자의 품질 평가가 완료된 후에, 미세 유체 소자의 다른 밸브의 위치로 이동하여 상기 미세 유체 소자의 품질 평가를 순차적으로 수행할 수 있다.
한편, 한 유형에 따른 미세 유체 소자 품질 관리 장치는, 적어도 하나의 밸브를 갖는 미세 유체 소자가 놓이는 스테이지; 상기 미세 유체 소자의 밸브에 조사될 광을 방출하는 광원; 상기 미세 유체 소자의 밸브에서 반사된 광을 검출하는 광검출기; 및 상기 밸브가 개방될 때 반사광의 변화를 미리 저장된 기준 데이터와 비교하여 미세 유체 소자의 품질을 평가하는 제어부를 포함할 수 있다.
상기 광원은, 예를 들어, 단일 파장의 광을 방출하는 LD 또는 LED, 및 백색광을 방출하는 백색 광원 중에서 어느 하나일 수 있다.
또한, 상기 광검출기는, 예를 들어, 2차원 영상을 검출할 수 있는 포토다이오드 어레이, CCD 및 CMOS 중에서 어느 하나일 수 있다.
또한, 상기 미세 유체 소자 품질 관리 장치는, 상기 미세 유체 소자에 입사하는 광을 평행광으로 만들어주는 제 1 렌즈 소자 및 상기 광검출기에 입사하는 광을 평행광으로 만들어주는 제 2 렌즈 소자를 더 포함할 수 있다.
상기 스테이지의 표면 또는 상기 미세 유체 소자의 외부 표면에는 반사성 금속 코팅 또는 회절 패턴이 형성될 수 있다.
상기 미세 유체 소자의 밸브는 미세 유로 내에 돌출하여 형성된 밸브 시트 및 밸브를 여닫기 위한 폴리머 필름을 포함할 수 있다.
또한, 상기 미세 유체 소자 품질 관리 장치에서 상기 스테이지는, 예를 들어 수평 방향의 수직한 두 축으로 이동할 수 있는 XY 스테이지일 수 있다.
개시된 미세 유체 소자의 품질 관리 방법 및 품질 관리 장치에 따르면, 제조된 미세 유체 소자가 적상적으로 동작할 수 있는 지를 실시간으로 용이하게 판단할 수 있다. 또한, 품질 관리시 미세 유체 소자에 대한 영상 정보를 컴퓨터가 자동으로 분석, 처리하는 시스템을 구축함으로써 제품 품질의 균일화, 생산성 증대, 불량률 감소, 인건비 절감, 생산 및 공정관리 효율화를 이룰 수 있다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여, 미세 유체 소자의 품질 관리 방법 및 품질 관리 장치에 대해 상세하게 설명한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다.
도 1은 미세 유체 소자(10)의 예시적인 구조를 개략적으로 보이는 정면도이다. 도 1을 참조하면, 미세 유체 소자(10)는 예를 들어 얇고 투명한 기판 상에 시료 또는 공기의 유입/유출을 위한 다수의 홀(15), 시료의 화학적/생물학적 반응이 일어나는 다수의 반응 챔버(14), 시료가 이동하는 통로인 다수의 미세 유로(16), 시료의 흐름을 원하는 위치로 정확하게 제어하기 위한 다수의 미세한 밸브(17) 등을 가질 수 있다. 다수의 홀(15)들 중에는 시료만이 유입/유출하는 홀과 밸브(17)를 제어하기 위한 공기만이 유입/유출하는 홀들이 개별적으로 존재할 수도 있다. 밸브(17)는 미세 유로(16) 내에 형성되어 있으며, 미세 유로(16) 내에서 시료를 통과시키거나 차단한다.
이러한 밸브(17)는 얇은 폴리머 필름으로 이루어질 수 있다. 도 2는 도 1의 예시적인 미세 유체 소자(10)에서 미세 유로(16) 내에 밸브(17)를 배치하기 위하여 제안된 미세 유체 소자(10)의 개략적인 단면도이다. 도 2의 단면도를 참조하면, 미세 유체 소자(10)는 투명한 제 1 기판(11)과 제 2 기판(12), 상기 제 1 기판(11)과 제 2 기판(12) 사이에 배치된 얇은 폴리머 필름(13)을 구비할 수 있다. 비록 도 2에는 홀(15)만이 도시되어 있지만, 제 1 기판(11)과 제 2 기판(12)에는 각각 개별적으로 다수의 홀(15), 미세 유로(16) 등이 형성되어 있을 수 있다.
도 3은 도 1의 미세 유체 소자(10)의 미세 유로(16) 내에 형성될 수 있는 미세한 밸브(17)의 단면도를 예시적으로 도시하고 있다. 도 3의 단면도를 참조하면, 제 1 기판(11)에 형성된 미세 유로(16) 내에 밸브 시트(valve seat)(18)가 돌출하여 형성되어 있다. 또한, 제 2 기판(12)에서 밸브 시트(18)와 대응하는 위치에는 제 2 기판(12)을 에칭하여 형성된 빈 공간(19)이 마련되어 있다. 상기 공간(19)과 밸브 시트(18)는 제 1 기판(11)과 제 2 기판(12) 사이의 폴리머 필름(13)에 의해 분리되어 있으며, 상기 폴리머 필름(13)과 각각 접하고 있다. 여기서, 상기 미세 유로(16)는 시료가 유입/유출되는 홀(15)과 연결되어 있을 수 있으며, 공간(19)은 공기가 유입/유출되는 홀(15)과 연결되어 있을 수 있다.
도 3에 도시된 구조의 밸브(17)에서, 도 4에 도시된 바와 같이, 공간(19)으로 충분한 세기의 진공을 인가하며, 얇은 폴리머 필름(13)이 상기 공간(19)을 향해 당겨지면서 미세 유로(16)가 열리게 된다. 진공은 예를 들어 제 2 기판(12) 상에 형성된 다수의 홀(15)을 통해 공간(19)에 인가될 수 있다. 인가된 진공의 크기가 충분히 크면, 폴리머 필름(13)은 제 2 기판(12)가 접촉하게 되며, 이때 밸브(17)가 최대로 열리게 된다. 그러면, 예를 들어 제 1 기판(11) 상에 형성된 홀(15)을 통해 유입된 시료가 미세 유로(16) 내의 밸브(17)를 통과하여 원하는 특정한 위치로 흐를 수 있게 된다. 반대로, 공간(19)으로 공압을 인가하게 되면, 폴리머 필름(13)이 밸브 시트(18)를 향해 밀리면서 미세 유로(16)가 닫히게 된다. 이를 위해, 예를 들어 제 2 기판(12) 상에 형성된 다수의 홀(15)을 통해 공간(19)에 공압이 인가될 수 있다. 이때, 도 3에 도시된 바와 같이, 폴리머 필름(13)은 밸브 시트(18)의 표면과 접촉하게 된다. 이에 따라 시료의 흐름이 멈추게 될 수 있다.
그런데, 이러한 구조의 미세 유체 소자(10)는 두 기판, 즉 제 1 기판(11)과 제 2 기판(12)을 접합하여 형성되기 때문에, 미세 유체 소자(10)의 제조시에 상기 두 기판(11,12)을 정확하게 정렬시키는 것이 중요하다. 만약 두 기판(11,12)이 서로에 대해 정확하게 정렬되지 않으면, 밸브(17)가 정상적으로 작동하지 못할 수 있다. 또한, 미세 유로(16) 내에서 시료가 안정적으로 흐르지 못할 수도 있으며, 심지어는 누수가 발생할 수도 있다. 따라서 미세 유체 소자(10)의 제조 직후에 예를 들어 밸브(17) 등이 정상적으로 동작하는 지를 실시간으로 확인하여 제품의 불량 여부를 판단할 것이 요구된다.
도 5는 제조된 미세 유체 소자(10)의 밸브(17)가 정상적으로 동작하는 지를 실시간으로 검사하기 위한 미세 유체 소자 품질 관리 장치(100)의 예시적인 구조를 개략적으로 도시하고 있다. 도 5를 참조하면, 미세 유체 소자 품질 관리 장치(100)는 검사될 미세 유체 소자(10)가 놓이는 스테이지(30), 미세 유체 소자(10)에 조사 될 광을 방출하는 광원(20), 미세 유체 소자(10)에서 반사된 광을 검출하는 광검출기(40), 및 상기 스테이지(30), 광원(20) 및 광검출기(40)를 제어하는 제어부(45)를 포함할 수 있다. 여기서, 광원(20)은 단일 파장의 광을 방출하는 LD 또는 LED와 같은 레이저 광원일 수도 있으며, 또는 백색광을 방출하는 백색 광원일 수도 있다. 광검출기(40)는 2차원 영상을 검출할 수 있는 2차원 광검출기일 수 있다. 예를 들어, 광검출기(40)는 포토다이오드 어레이일 수도 있으며, 또는 CCD나 CMOS와 같은 고체 촬상 소자일 수도 있다. 또한, 제어부(45)는 예를 들어 광검출기(40)를 통해 제공되는 영상을 분석할 수 있는 소프트웨어가 마련된 일반적인 컴퓨터 장치일 수 있다.
또한, 미세 유체 소자 품질 관리 장치(100)는 미세 유체 소자(10)에 입사하는 광을 평행광으로 만들어주는 제 1 렌즈 소자(27) 및 광검출기(40)에 입사하는 광을 평행광으로 만들어주는 제 2 렌즈 소자(28)를 더 포함할 수도 있다. 그리고, 광원(20)이 미세 유체 소자(10)와 광검출기(40) 사이의 광경로에 수직하게 배치된 경우에는, 상기 미세 유체 소자(10)와 광검출기(40) 사이의 광경로에 반투과판(25)을 더 배치할 수도 있다. 반투과판(25)은 광원(20)에서 발생한 광을 미세 유체 소자(10)로 반사하고, 미세 유체 소자(10)에서 반사된 광을 광검출기(40)로 투과시킬 수 있다. 그러나, 상기 미세 유체 소자 품질 관리 장치(100)의 다른 설계에 따라서는 광원(20)이 광검출기(40)와 같은 위치에 있을 수도 있으며, 또는 스테이지(30)의 아래쪽으로 광검출기(40)의 반대편에 위치할 수도 있다. 이 경우에는 상기 반투과판(25)을 사용하지 않을 수도 있다.
이러한 미세 유체 소자 품질 관리 장치(100)는 미세 유체 소자(10)의 미세한 밸브(17)가 동작할 때 발생하는 광학적 특성 변화를 관찰하여 밸브(17)의 정상적 동작 여부를 판단할 수 있다. 도 6은 미세 유체 소자 품질 관리 장치(100)의 원리를 설명하기 위한 것으로, 도 5의 품질 관리 장치(100)로 관찰하는 영상에 나타나는 음영 및 회절 무늬를 예시적으로 도시하고 있다.
먼저 밸브(17)가 도 3과 같이 닫혀 있는 경우에는, 폴리머 필름(13)이 평평한 상태에 있기 때문에 광을 조사하여도 반사된 영상에서 특별한 무늬가 나타나지 않는다. 그러나, 계속 광을 조사하면서 밸브(17)가 도 4와 같이 열리는 경우에는, 도 6의 상부에 도시된 것과 같은 무늬가 반사광에서 나타나게 된다. 즉, 도 6을 참조하면, 폴리머 필름(13)이 진공에 의해 잡아 당겨져서 제 2 기판(12)과 접촉하게 된다. 이때 상기 폴리머 필름(13)과 제 2 기판(12)이 접촉하는 부분(13a)은 일정한 넓이의 원형 영역이 된다. 이 원형의 접촉 부분(13a)에서는 광의 반사가 줄어들기 때문에, 도 6에 도시된 바와 같은 원형의 음영(51)이 나타나게 된다.
또한, 접촉 부분(13a)의 둘레 부분(13b)에서는 폴리머 필름(13)이 소정의 곡률로 휘어져 있게 된다. 그러면, 폴리머 필름(13)으로부터 반사된 광과 그 하부의 제 2 기판(12) 또는 스테이지(30)로부터 반사된 광 사이에 경로차가 발생한다. 그리고 그 경로차는 밸브(17)의 중심 부분으로부터 반경 방향으로 갈수록 점점 커지게 된다. 이에 따라 상기 폴리머 필름(13)으로부터 반사된 광과 그 하부의 제 2 기판(12) 또는 스테이지(30)로부터 반사된 광 사이에 간섭 현상이 발생하는데, 이렇게 해서 형성되는 간섭 무늬를 뉴턴링(52)이라고 부른다. 도 6에 도시된 바와 같이 음영(51)의 둘레 부분에 발생하는 뉴턴링(52)의 간섭 무늬는 동심원의 형태로 나타난다.
따라서 미세 유체 소자 품질 관리 장치(100)의 제어부(45)는 밸브(17)가 열릴 때 발생하는 음영(51)과 뉴턴링(52)의 형태와 크기를 분석하여 밸브(17)가 충분히 열리는 지를 확인할 수 있다. 이때, 음영(51)과 뉴턴링(52)을 더욱 확실히 보이도록 하기 위하여, 도 5에 도시된 바와 같이, 스테이지(30)의 표면에는 소정의 광학 코팅(31)을 형성할 수 있다. 이는 미세 유체 소자(10)가 대부분 투명한 재료로 이루어져 있기 때문에, 음영(51)과 뉴턴링(52)이 약하게 나타날 수 있기 때문이다. 예를 들어, 스테이지(30)의 표면에 형성된 광학 코팅(31)은 단순히 반사도를 높이기 위한 반사성 금속 코팅일 수도 있다. 금속 코팅의 재료로는 예컨대 크롬(Cr)과 같은 반사성이 우수한 금속을 사용할 수 있다. 또한, 광학 코팅(31)으로서 단순한 금속 코팅 대신에, 회절 패턴을 형성하여 간섭 무늬가 더욱 강조되도록 할 수도 있다. 도 5에는 광학 코팅(31)이 스테이지(30)의 표면에 형성된 것으로 도시되어 있지만, 그 대신에 또는 그에 추가하여 상기 광학 코팅(31)은 예를 들어, 미세 유체 소자(10)의 제 1 기판(11)의 외부 표면에 형성될 수도 있다.
한편, 제작된 미세 유체 소자(10)가 정상적으로 동작하는 지에 관한 판단 기준을 마련하기 위하여, 정상적인 미세 유체 소자(10)에 대한 데이터, 즉 음영(51)과 뉴턴링(52)의 형태 및 크기에 대한 정보를 미리 측정하여 저장해 둘 수 있다. 이를 위하여, 제 2 기판(12)에 형성된 공간(19)에 인가되는 진공의 세기를 변화시키면서 정상적인 미세 유체 소자(10)의 밸브(17)가 어떤 진공 세기에서 최대로 열 리고, 이때의 음영(51)과 뉴턴링(52)의 형태 및 크기가 어떠한 지를 미리 측정하는 것이 필요하다.
예를 들어, 도 7a 내지 도 7c는 공간(19)에 인가되는 진공의 세기 변화에 따라 제 2 기판(12)에 접촉하는 밸브(17)의 폴리머 필름(13)의 면적이 변화하여 발생하는 음영(51) 및 뉴턴링(52)의 변화를 예시적으로 도시하고 있다. 도 7a 내지 도 7c를 통해 알 수 있는 바와 같이, 공간(19)에 인가되는 진공의 세기가 증가함에 따라 음영(51)의 직경이 점차 커지고 뉴턴링(52)의 크기는 점차 작아진다. 따라서 밸브(17)가 최대로 개방될 때 음영(51)의 직경도 최대가 된다. 예컨대, 약 80kPa의 진공에서 폴리머 필름(13)이 최대로 개방된다고 가정하면, 제어부(45)는 도 7c의 최대 개방 상태에서 음영(51)의 직경, 뉴턴링(52)의 직경, 뉴턴링(52)의 회절 무늬의 개수 등의 정보를 측정하여, 그 정보를 정보 기록 장치(도시되지 않음)에 저장할 수 있다. 그 대신에 또는 그에 추가하여, 제어부(45)는 도 7c에 도시된 영상 자체를 그대로 정보 기록 장치에 저장할 수 있다. 또 다른 예에서, 상기 제어부(45)는 도 7a 내지 도 7c에서와 같은 진공 세기의 변화에 따른 음영(51)과 뉴턴링(52)의 변화 과정 전체를 분석하여 그 데이터를 정보 기록 장치에 저장할 수도 있다. 여기서 상기 정보 기록 장치는, 예를 들어 하드디스크 드라이브(HDD)의 형태로 제어부(45) 내에 마련될 수 있다.
이렇게 제어부(45)의 정보 기록 장치에 저장된 정보 및 영상은, 이후의 양산 과정에서 제작된 미세 유체 소자(10)의 품질을 검사하기 위한 기준이 될 수 있다. 이러한 기준이 되는 데이터는 다수의 양호한 미세 유체 소자(10)에 대한 측정을 통 해 통계적으로 미리 제공될 수 있다. 예를 들어, 양호한 미세 유체 소자(10)에서의 음영(51)의 크기의 평균치뿐만 아니라 상한치 및 하한치를 포함하는 공차까지 미리 측정을 통해 제공될 수 있다.
그러면 제어부(45)는 실제 제작된 미세 유체 소자(10)에 광을 조사하여 얻은 반사광의 영상, 즉 음영(51)과 뉴턴링(52)을 미리 저장된 기준 데이터와 비교하여, 상기 제작된 미세 유체 소자(10)가 불량인지 아닌지를 판단할 수 있다. 예를 들어, 제작된 미세 유체 소자(10)의 공간(19)에 약 80kPa의 진공을 인가하고, 음영(51)의 크기를 측정한다. 이때 측정된 음영(51)의 크기가 미리 저장된 데이터의 크기와 다르다면, 특히 하한치보다 작거나 상한치보다 커서 공차 범위를 벗어난다면, 상기 제어부(45)는 그 미세 유체 소자(10)가 불량인 것으로 판단할 수 있다. 더욱 엄격하게는, 예를 들어, 도 7a 내지 도 7c에서와 같이, 공간(19)에 인가되는 진공 값을 달리하면서 각각의 진공 값에 대한 음영(51)과 뉴턴링(52)의 형태 변화를 미리 저장된 기준 데이터와 비교하여, 검사된 미세 유체 소자(10)가 불량인지 또는 양품인지를 판단할 수도 있다. 또한, 진공을 인가하기 전에 밸브(17)로부터 반사된 영상 및 그에 관한 통계적인 데이터도 역시 제어부(45)의 정보 기록 장치에 미리 저장하여 둔 후, 실제 양산 과정에서 제작된 미세 유체 소자(10)에 대해 진공 인가 전의 밸브(17)의 상태가 양호한 지에 대해서도 평가하는 것이 가능하다.
또한, 미세 유체 소자(10)의 품질을 평가하는 또 다른 방식으로서, 밸브 시트(18)의 표면 에지의 명암 변화를 관찰하는 것도 가능하다. 도 8a 및 도 8b는 폴리머 필름(13)이 밸브 시트(18)의 표면에 붙어있을 때와 그로부터 떨어질 때 발생 하는 밸브 시트(18)의 에지의 명암 변화를 예시적으로 도시하고 있다. 예를 들어, 공간(19)에 진공이 인가되지 않아서 폴리머 필름(13)이 밸브 시트(18)의 표면에 붙어있을 때는(즉, 밸브(17)가 닫혀 있을 때는), 도 8a에 도시된 바와 같이 밸브 시트(18)의 에지 부분(55)이 잘 나타나지 않는다. 그러나, 진공이 인가되어 폴리머 필름(13)이 밸브 시트(18)의 표면으로부터 떨어지게 되면(즉, 밸브(17)가 개방되면), 도 8b에 도시된 바와 같이 밸브 시트(18)의 에지 부분에 음영(56)이 발생하게 된다. 따라서, 제어부(45)는 공간(19)에 진공이 인가되기 전과 진공이 인가된 후에 밸브 시트(18)의 에지 부분에서 명암 변화가 발생하는지를 확인하고, 그로부터 미세 유체 소자(10)가 불량인지 또는 양품인지를 간단하게 확인할 수 있다.
한편, 하나의 미세 유체 소자(10)에는 많은 수의 밸브(17)가 존재한다. 예를 들어, 20개 이상의 밸브(17)가 하나의 미세 유체 소자(10)에 형성될 수 있다. 도 5에 도시된 미세 유체 소자 품질 관리 장치(100)의 제어부(45)에는 각각의 밸브(17)의 위치가 미리 저장될 수 있다. 따라서 미세 유체 소자 품질 관리 장치(100)는 각각의 밸브(17)의 위치로 이동하면서 밸브(17)에 광을 조사하고, 밸브(17)를 여닫는 동안 밸브(17)에서 반사된 광으로부터 밸브(17)가 정상적으로 작동하는 지를 하나씩 순차적으로 검사할 수 있다. 이를 위하여 미세 유체 소자(10)가 놓여 있는 스테이지(30)는 수평 방향의 수직한 두 축으로 이동할 수 있는 XY 스테이지일 수 있다. 이러한 방식에 따르면, 미세 유체 소자(10)의 제조부터 검사까지 연속적인 자동화가 가능하다. 또한, 매우 신뢰성 있는 미세 유체 소자(10)를 제공하는 것이 가능하다. 따라서, 제품 품질의 균일화, 생산성 증대, 불량률 감소, 인건비 절감, 생산 및 공정관리 효율화를 이룰 수 있다.
지금까지, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 미세 유체 소자의 품질 관리 방법 및 품질 관리 장치에 대한 예시적인 실시예가 설명되고 첨부된 도면에 도시되었다. 그러나, 이러한 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이고 이를 제한하지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이다. 그리고 본 발명은 도시되고 설명된 설명에 국한되지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이다. 이는 다양한 다른 변형이 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일어날 수 있기 때문이다.
도 1은 미세 유체 소자의 예시적인 구조를 개략적으로 보이는 정면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 미세 유체 소자의 개략적인 단면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 미세 유체 소자 내에 형성된 미세한 밸브의 단면도이다.
도 4는 도 3에 도시된 밸브의 정상적인 개방 동작을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 5는 미세 유체 소자의 밸브가 정상적으로 동작하는 지를 관측하기 위한 미세 유체 소자 품질 관리 장치의 예시적인 구조를 개략적으로 도시한다.
도 6은 도 5의 품질 관리 장치로 관찰하는 영상에 나타나는 음영 및 회절 무늬를 예시적으로 도시한다.
도 7a 내지 도 7c는 밸브의 폴리머 필름이 미세 유체 소자의 기판에 접촉하는 면적 변화에 따른 음영 및 회절 무늬의 변화를 예시적으로 도시한다.
도 8a 및 도 8b는 밸브의 폴리머 필름이 밸브 시트의 표면으로부터 떨어질 때 발생하는 밸브 시트 에지의 명암 변화를 예시적으로 도시한다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
10.....미세 유체 소자 11.....제 1 기판
12.....제 2 기판 13.....폴리머 필름
14.....반응 챔버 15.....홀
16.....미세 유로 17.....밸브
18.....밸브 시트 19.....공간
20.....광원 25.....반투과판
27,28..렌즈 소자 30.....스테이지
31.....코팅층 40.....광검출기
45.....제어부 51.....음영
52.....뉴턴링
55,56.....밸브 시트 에지의 명암
100....미세 유체 소자 품질 관리 장치

Claims (25)

  1. 적어도 하나의 밸브를 갖는 미세 유체 소자를 스테이지에 배치시키는 단계;
    상기 미세 유체 소자의 밸브에 광을 조사하는 단계;
    상기 밸브로부터 반사된 광을 검출기로 검출하는 단계;
    상기 미세 유체 소자의 밸브를 개방하는 단계; 및
    상기 밸브가 개방될 때 반사광의 변화를 미리 저장된 기준 데이터와 비교하여 미세 유체 소자의 품질을 평가하는 단계;를 포함하며,
    상기 미세 유체 소자의 밸브는 미세 유로 내에 돌출하여 형성된 밸브 시트 및 밸브를 여닫기 위한 폴리머 필름을 포함하는, 미세 유체 소자의 품질 관리 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 밸브가 개방될 때 반사광의 변화는, 폴리머 필름이 미세 유체 소자의 기판과 접촉하여 발생하는 음영, 상기 음영 주변에 발생하는 뉴턴링, 및 상기 밸브 시트의 표면 에지의 명암 변화 중에서 적어도 하나를 포함하는 미세 유체 소자의 품질 관리 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 밸브가 최대로 개방될 때 반사광에서 상기 음영의 직경이 최대가 되는 미세 유체 소자의 품질 관리 방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 밸브가 닫혀 있을 때 반사광에서 상기 밸브 시트의 표면 에지에 음영이 발생하지 않으며, 상기 밸브가 개방될 때 반사광에서 상기 밸브 시트의 표면 에지에 음영이 발생하는 미세 유체 소자의 품질 관리 방법.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 미리 저장된 기준 데이터는 다수의 양호한 미세 유체 소자에 대해 밸브가 개방될 때 반사광의 변화를 측정하여 통계적으로 미리 제공되는 미세 유체 소자의 품질 관리 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 기준 데이터는, 양호한 미세 유체 소자에 대한 반사광에서의 음영의 평균 크기 및 상한치와 하한치를 갖는 공차를 포함하는 미세 유체 소자의 품질 관리 방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 밸브의 개방은 상기 폴리머 필름과 상기 미세 유체 소자의 기판 사이의 공간에 진공을 인가하여 수행되는 미세 유체 소자의 품질 관리 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 기준 데이터는 상기 공간에 인가되는 진공 값을 달리할 때 각각의 진공 값에 따른 음영과 뉴턴링의 형태 변화를 포함하는 미세 유체 소자의 품질 관리 방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 기준 데이터는 상기 공간에 진공을 인가하기 전에 밸브로부터 반사된 영상의 데이터를 포함하는 미세 유체 소자의 품질 관리 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    하나의 밸브에 대해 미세 유체 소자의 품질 평가가 완료된 후에, 미세 유체 소자의 다른 밸브의 위치로 이동하여 상기 미세 유체 소자의 품질 평가를 순차적으로 수행하는 미세 유체 소자의 품질 관리 방법.
  11. 적어도 하나의 밸브를 갖는 미세 유체 소자가 놓이는 스테이지;
    상기 미세 유체 소자의 밸브에 조사될 광을 방출하는 광원;
    상기 미세 유체 소자의 밸브에서 반사된 광을 검출하는 광검출기; 및
    상기 밸브가 개방될 때 반사광의 변화를 미리 저장된 기준 데이터와 비교하여 미세 유체 소자의 품질을 평가하는 제어부를 포함하는 미세 유체 소자 품질 관 리 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 광원은 단일 파장의 광을 방출하는 LD 또는 LED, 및 백색광을 방출하는 백색 광원 중에서 어느 하나인 미세 유체 소자 품질 관리 장치.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 광검출기는 2차원 영상을 검출할 수 있는 포토다이오드 어레이, CCD 및 CMOS 중에서 어느 하나인 미세 유체 소자 품질 관리 장치.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 미세 유체 소자에 입사하는 광을 평행광으로 만들어주는 제 1 렌즈 소자 및 상기 광검출기에 입사하는 광을 평행광으로 만들어주는 제 2 렌즈 소자를 더 포함하는 미세 유체 소자 품질 관리 장치.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 스테이지의 표면 또는 상기 미세 유체 소자의 외부 표면에 반사성 금속 코팅 또는 회절 패턴이 형성되어 있는 미세 유체 소자 품질 관리 장치.
  16. 제 11 항에 있어서,
    상기 미세 유체 소자의 밸브는 미세 유로 내에 돌출하여 형성된 밸브 시트 및 밸브를 여닫기 위한 폴리머 필름을 포함하는 미세 유체 소자 품질 관리 장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 밸브가 개방될 때 반사광의 변화는, 폴리머 필름이 미세 유체 소자의 기판과 접촉하여 발생하는 음영, 상기 음영 주변에 발생하는 뉴턴링, 및 상기 밸브 시트의 표면 에지의 명암 변화 중에서 적어도 하나를 포함하는 미세 유체 소자 품질 관리 장치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 밸브가 최대로 개방될 때 반사광에서 상기 음영의 직경이 최대가 되는 미세 유체 소자 품질 관리 장치.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 밸브가 닫혀 있을 때 반사광에서 상기 밸브 시트의 표면 에지에 음영이 발생하지 않으며, 상기 밸브가 개방될 때 반사광에서 상기 밸브 시트의 표면 에지에 음영이 발생하는 미세 유체 소자 품질 관리 장치.
  20. 제 17 항에 있어서,
    상기 미리 저장된 기준 데이터는 다수의 양호한 미세 유체 소자에 대해 밸브 가 개방될 때 반사광의 변화를 측정하여 통계적으로 미리 제공되는 미세 유체 소자 품질 관리 장치.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 기준 데이터는, 양호한 미세 유체 소자에 대한 반사광에서의 음영의 평균 크기 및 상한치와 하한치를 갖는 공차를 포함하는 미세 유체 소자 품질 관리 장치.
  22. 제 20 항에 있어서,
    상기 밸브의 개방은 상기 폴리머 필름과 상기 미세 유체 소자의 기판 사이의 공간에 진공을 인가하여 수행되는 미세 유체 소자 품질 관리 장치.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 기준 데이터는 상기 공간에 인가되는 진공 값을 달리할 때 각각의 진공 값에 따른 음영과 뉴턴링의 형태 변화를 포함하는 미세 유체 소자 품질 관리 장치.
  24. 제 22 항에 있어서,
    상기 기준 데이터는 상기 공간에 진공을 인가하기 전에 밸브로부터 반사된 영상의 데이터를 포함하는 미세 유체 소자 품질 관리 장치.
  25. 제 11 항에 있어서,
    상기 스테이지는 수평 방향의 수직한 두 축으로 이동할 수 있는 XY 스테이지인 미세 유체 소자 품질 관리 장치.
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