KR20050017855A - 광필터 내장형 마이크로칩의 제조방법 - Google Patents
광필터 내장형 마이크로칩의 제조방법Info
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Abstract
본 발명은 마이크로칩의 제조방법에 관한 것으로서, 레이저 유발 형광 검출 시스템에 사용되는 광학부품인 핀홀과 광필터를 반도체 공정을 이용하여 마이크로칩 제작시 동시에 제작함으로써 광학계를 고정하기 위한 정렬 및 고정장치를 사용하지 않도록 하여 검출 시스템의 부피를 줄여 레이저 유발 형광 검출 시스템의 초소형화를 꾀할 수 있을 뿐만 아니라 다양한 시료를 동시에 분석할 수 있는 마이크로칩에서의 레이저 유발 형광 검출법을 효율적으로 수행할 수 있는 이점이 있다.
Description
본 발명은 광필터 내장형 마이크로칩의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 레이저 유발 형광 검출 시스템에 사용되는 광학부품인 핀홀과 광필터를 반도체 공정을 이용하여 마이크로칩 제작시 동시에 제작함으로써 광학계를 고정하기 위한 정렬 및 고정장치를 사용하지 않도록 하여 검출 시스템의 부피를 줄여 레이저 유발 형광 검출 시스템의 초소형화를 꾀할 수 있을 뿐만 아니라 다양한 시료를 동시에 분석할 수 있는 마이크로칩에서의 레이저 유발 형광 검출법을 효율적으로 수행할 수 있도록 한 광필터 내장형 마이크로칩의 제조방법에 관한 것이다.
최근 합성화학과 생명과학의 발전으로 신약개발이나 진단 등의 분야에서 분석해야 하는 표적물질의 증가를 가져오게 되었고, 이에 따라 고가의 시약이나 시료가 다량으로 필요하게 되어 극미량 분석을 통한 비용 절감의 필요성이 높아지고 있다.
극미량의 시료나 시약을 다루는 일의 비중이 증가하면서 각광받게 된 것이 실험실칩(lab-on-a-chip) 기술이다. 실험실칩은 반도체 분야에서 널리 사용되는 사진식각인쇄(photolithography)기술이나 미세 가공 기술(micromachining)을 이용하여 유리, 실리콘 또는 플라스틱으로 된 수 ㎠ 크기의 칩 위에 여러 가지 장치들을 집적시킨 화학 마이크로 프로세서로서, 고속, 고효율 및 저비용의 자동화된 실험이 가능하다.
실험실칩 내에서 극미량 유체를 이송하는 방법은 시료의 양이 매우 작고, 대부분의 경우 유체의 이송이 매우 작은 크기의 미세 채널에서 이루어지므로 기존의 유체 이송방법과는 전혀 다르다.
PDMS(poly dimethyl siloxane)을 이용한 실험실 칩은 펌프나 밸브 등의 유체 제어장치 없이 전기장만으로 유체의 흐름을 조절할 수 있어 장치가 매우 간단하며 운용이 용이하고, 고속 분석이 가능하다.
이와 같은 미세유체 기반의 마이크로칩을 통해 분리된 물질은 자외선-가시광선 분광 광도법이나 레이저 유발 형광 검출법 등을 통해 검출이 되고 있다.
이때 레이저 유발 형광(laser-induced fluorescence)은 형광의 여기(exitation) 광원으로 레이저를 사용하는 방법으로써, 감도와 선택성이 높기 때문에 복잡한 생체 혼합물 내에 극미량으로 존재하는 생화합물을 분석하는 데에 매우 유용하며 이와 같은 방법에서 검출할 수 있는 형광분자의 수(검출한계)는 103개에서 106개 정도이다.
도 1은 일반적인 마이크로칩에 의한 레이저 유발 형광 검출 시스템을 나타낸 구성도이다.
여기에 도시된 바와 같이 형광물질을 화학반응으로 결합시킨 시료를 시료저장부(미도시)에 주입한 후 컴퓨터(5)를 이용하여 시료 주입장치(4)를 통해 시료를 마이크로칩(3)까지 이송시킨다. 그런다음 레이저(1)를 거울(2)에 반사시켜 마이크로칩(3)에 조사하면 형광물질과 결합한 시료는 수 나노초 동안 형광을 발생하게 되고 사방으로 발생된 형광은 핀홀(pin hole)(6)을 통해 일부만 통과되고 대물렌즈(objective lens)(7)로 들어가서 집광된 후 광필터(8)를 거쳐 형광이외의 빛은 걸러 낸 다음 광증폭기(9)를 통해 증폭된다. 이후 증폭된 형광은 전기적인 신호로 변환되어 컴퓨터(5)에서 전압의 신호로 표시되어 진다.
이와 같은 레이저 유발 형광 검출 시스템은 감도가 상당히 좋다는 장점은 있으나 시스템 구성 요소들의 가격이 비싸다는 단점과 장치의 소형화에도 많은 제약을 가져온다는 단점을 가지고 있다.
또한, 레이저 유발 형광 검출 시스템의 핀홀(6)이나 대물렌즈(7), 광필터(8)의 구입 비용이외에도 이들을 고정하기 위한 부품을 따로 구입하여야 할 뿐 아니라 이들을 완전하게 설치하기 위해서는 검출 시스템의 부피가 현저하게 커지는 문제점이 있다.
따라서, 이러한 문제점을 해결하고자 실제로 마이크로칩 내에 형광검출 장치를 집적하려는 시도가 많이 이루어지고 있고 또 연구되고 있는 분야이기도 하다. 그러나 일부 광학부품의 집적을 이룬 예는 있으나 형광검출을 위해 요구되는 모든 광학부품이 집적된 바이오칩을 개발한 예는 아직 없는 실정이다.
한편, 다양한 시료의 동시분석을 위해서 도 2에 도시된 것과 같은 마이크로칩이 연구되고 있는데, 이러한 마이크로칩에서 레이저 유발 형광 분석법을 통해 시료를 분석하려면 시스템의 설계가 복잡해질 뿐 아니라 광학부품 설치에 따른 비용이 많이 소요되는 문제점이 있다.
이와 같은 마이크로칩은 96개의 채널이 정렬되어 검출 시스템의 소형화에 어려움이 있을 뿐 아니라 96개의 시료를 동시 검출하기 위한 광학부품 설치에 따른 비용은 상상을 초월하게 된다.
그래서 이런 문제점으로 인해 마이크로칩에서의 시료 검출방법은 채널을 돌려가며 채널 하나씩 레이저 유발 형광 검출법을 적용하거나 전기 화학적 분석법을 사용하고 있다.
그러나, 전기 화학적 분석법은 감도가 레이저 유발 형광 검출법에 비해 떨어지고 전기적 활성 시료에만 적용이 가능하여 다양한 시료의 적용에 한계가 있다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로서, 본 발명의 목적은 레이저 유발 형광 검출 시스템에 사용되는 광학부품인 핀홀과 광필터를 반도체 공정을 이용하여 마이크로칩 제작시 동시에 제작함으로써 광학계를 고정하기 위한 정렬 및 고정장치를 사용하지 않도록 하여 검출 시스템의 부피를 줄여 레이저 유발 형광 검출 시스템의 초소형화를 꾀할 수 있을 뿐만 아니라 다양한 시료를 동시에 분석할 수 있는 마이크로칩에서의 레이저 유발 형광 검출법을 효율적으로 수행할 수 있도록 한 광필터 내장형 마이크로칩의 제조방법을 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은 웨이퍼 상부에 네가티브 포토레지스트를 코팅한 후 미세유로 마스크를 통해 식각하여 미세유로 양각주형틀을 형성하는 단계와, 미세유로 양각주형틀 전면에 PDMS를 주입하여 고형화 시킨 후 고형된 PDMS를 이형하여 미세유로의 음각부를 형성하는 단계와, 미세유로의 음각부가 형성된 고형된 PDMS의 하부에 PDMS 플레이트를 접합하여 미세유로층을 형성하는 단계와, 웨이퍼 상부에 네가티브 포토레지스트를 코팅한 후 핀홀 마스크를 통해 식각하여 핀홀 양각 주형틀을 형성하는 단계와, 핀홀 양각 주형틀 전면에 PDMS를 주입하여 고형화 시킨 후 고형화된 PDMS를 이형하여 핀홀층을 형성하는 단계와, 미세유로층 상부에 핀홀층의 핀홀부가 접하도록 접합시킨 후 핀홀부에 검은색 잉크를 주입하는 단계와, 웨이퍼 상부에 네가티브 포토레지스트를 코팅한 후 광필터 마스크를 통해 식각하여 광필터 양각 주형틀을 형성하는 단계와, 광필터 양각 주형틀 전면에 PDMS를 주입하여 고형화 시킨 후 고형화된 PDMS를 이형하여 광필터층을 형성하는 단계와, 핀홀층 상부에 광필터층의 광필터부가 접하도록 접합시킨 후 광필터부에 분광특성을 갖는 칼라잉크를 주입하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.
이때 네가티브 포토레지스터는 SU-8을 스핀코팅하여 소프트 베이킹하는 것을 특징으로 한다.
또한, PDMS를 주입하여 고형화시키는 단계에서 PDMS주입시 진공을 걸어 기포를 모두 뽑아낸 후 70℃ 오븐에서 2시간 정도 고형화시키는 것을 특징으로 한다.
그리고, 미세유로층과 핀홀층과 광필터층을 서로 접합하는 단계에서 코로나 방전으로 표면을 5분정도 처리한 다음 접착하는 것을 특징으로 한다.
이와 같이 마이크로칩을 제작할 때 광학계인 핀홀층과 광필터층을 접합하여 마이크로칩을 제작함으로써 레이저 유발 형광 검출 시스템에서 광학계를 고정하기 위한 정렬 및 고정장치를 사용하지 않음으로써 시스템을 초소형화 할 수 있게 된다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 또한 본 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것은 아니고, 단지 예시로 제시된 것이다.
도 3a 내지 도 3f는 본 발명에 따른 광필터 내장형 마이크로칩의 제조방법에 있어서 미세유로층의 제작 공정을 순차적으로 도시한 단면도들이다.
도 3a에 도시된 바와 같이 실리콘 웨이퍼(31)에 네가티브 포토레지스트(32)인 SU-8을 스핀코팅한 후 소프트 베이킹한다.
그 후 도 3b와 같이 포토레지스트(32)가 코팅된 실리콘 웨이퍼(31)의 상면에 미세유로 마스크(33)를 정렬하고, 자외선에 일정시간 노출한다.
그런다음 도 3c와 같이 현상액으로 포토레지스트(32)를 현상하면 자외선에 노출되지 않는 부분이 제거되어 미세유로 양각주형틀(34)이 완성된다.
그런다음 도 3d와 같이 미세유로 양각주형(34)틀에 PDMS(35)를 주입한 후 진공상태로 만들어 PDMS 주입시 발생한 기포를 모두 제거한다.
그런다음 도 3e와 같이 70℃오븐에서 2시간 정도 고형화시킨 후 미세유로 양각주형틀(37)과 고형화된 PDMS(36)를 이형하여 미세유로(37)를 형성한다.
그런다음 도 3f와 같이 미세유로(37)가 형성된 이형된 PDMS(36)의 하부에 PDMS플레이트(38)를 코로나방전을 이용하여 접합함으로써 미세유로층(39)을 형성하게 된다.
이후 도 4a 내지 도 4h는 본 발명에 따른 광필터 내장형 마이크로칩의 제조방법에 있어서 핀홀층의 제작 공정을 순차적으로 도시한 단면도들이다.
도 4a에 도시된 바와 같이 실리콘 웨이퍼(41)에 네가티브 포토레지스트(42)인 SU-8을 스핀코팅한 후 소프트 베이킹한다.
그 후 도 4c와 같이 포토레지스트(42)가 코팅된 실리콘 웨이퍼(41)의 상면에 도 4b와 같이 핀홀부(47)가 형성된 핀홀 마스크(43)를 정렬하고, 자외선에 일정시간 노출한다.
그런다음 도 4d와 같이 현상액으로 포토레지스트(42)를 현상하면 자외선에 노출되지 않는 부분이 제거되어 핀홀 양각주형틀(44)이 완성된다.
그런다음 도 4e와 같이 핀홀 양각주형틀(44)에 PDMS(45)를 주입한 후 진공상태로 만들어 PDMS 주입시 발생한 기포를 모두 제거한다.
그런다음 도 4f와 같이 70℃오븐에서 2시간 정도 고형화시킨 후 핀홀 양각주형틀(44)과 고형화된 PDMS를 이형하여 핀홀부(47)가 형성된 핀홀층(46)을 형성한다.
그런다음 도 4g와 같이 미세유로층(39) 상부에 핀홀층(46)의 핀홀부(47)가 접하도록 코로나방전을 이용하여 5분 정도 표면을 처리하여 접합한다.
그런다음 도 4h와 같이 핀홀부(47)에 검은색 잉크를 실린지 펌프를 이용하여 주입한다.
이후 도 5a 내지 도 5h는 본 발명에 따른 광필터 내장형 마이크로칩의 제조방법에 있어서 광필터층의 제작 공정을 순차적으로 도시한 단면도들이다.
도 5a에 도시된 바와 같이 실리콘 웨이퍼(51)에 네가티브 포토레지스트(52)인 SU-8을 스핀코팅한 후 소프트 베이킹한다.
그 후 도 5c와 같이 포토레지스트(52)가 코팅된 실리콘 웨이퍼(51)의 상면에 도 5b와 같이 광필터부(57)가 형성된 광필터 마스크(53)를 정렬하고, 자외선에 일정시간 노출한다.
그런다음 도 5d와 같이 현상액으로 포토레지스트(52)를 현상하면 자외선에 노출되지 않는 부분이 제거되어 광필터 양각주형틀(54)이 완성된다.
그런다음 도 5e와 같이 광필터 양각주형틀(54)에 PDMS(55)를 주입한 후 진공상태로 만들어 PDMS 주입시 발생한 기포를 모두 제거한다.
그런다음 도 5f와 같이 70℃오븐에서 2시간 정도 고형화시킨 후 광필터 양각주형틀(54)과 고형화된 PDMS를 이형하여 광필터부(57)가 형성된 광필터층(56)을 형성한다.
그런다음 도 5g와 같이 핀홀층(46) 상부에 광필터층(56)의 광필터부(57)가 접하도록 코로나방전을 이용하여 5분 정도 표면을 처리하여 접합한다.
그런다음 도 5h와 같이 광필터부(57)에 원하는 분광특성을 가지는 칼라잉크를 실린지 펌프를 이용하여 주입하여 미세유로(37)와 핀홀부(47)와 광필터부(57)가 형성된 마이크로칩(30)을 제조하게 된다.
이와 같이 형성된 광필터 내장형 마이크로칩(30)에 도 6과 같이 플라스틱 렌즈(60)를 접합함으로써 레이저 유발 형광 검출 시스템의 광학계를 완성하게 된다.
따라서, 도 7에 도시된 바와 같이 레이저(1)를 마이크로칩(30)에 조사함에 따라 미세유로층(39)의 미세유로(37)에서 발생한 형광은 핀홀층(46)의 핀홀부(47)를 통해 일부의 빛만 통과한 후 광필터층(56)의 광필터부(57)를 통해 원하는 파장 영역의 빛(형광)만 통과시킨 후 렌즈(60)를 통해 집광이 된다. 그후 광증폭기(8)를 통해 집광된 광은 증폭이 되어 전기적인 신호로 변환된 후 컴퓨터(5)를 통해 신호로 표시된다.
상기한 바와 같이 본 발명은 레이저 유발 형광 검출 시스템에 사용되는 광학부품인 핀홀과 광필터를 반도체 공정을 이용하여 마이크로칩 제작시 동시에 제작함으로써 광학계를 고정하기 위한 정렬 및 고정장치를 사용하지 않도록 하여 검출 시스템의 부피를 줄여 레이저 유발 형광 검출 시스템의 초소형화를 꾀할 수 있는 이점이 있다.
또한, 레이저 유발 형광 검출법을 적용하기에 어려움이 있는 다시료 동시 분석용 마이크로칩에도 응용이 가능하여 레이저 유발 형광 검출 시스템의 분석감도 향상 및 기존의 전기화학적 검출방법의 적용으로 제한되었던 시료의 수가 다양화되어 다양한 시료에 적용 가능한 이점이 있다.
또한, 본 발명에서 제작한 광필터는 칼라잉크를 사용하기 때문에 가시광선 영역중 원하는 영역의 빛은 잉크를 적절하게 교체함으로써 차단이 가능하고, 재충전에 의해 재사용이 가능하여 반영구적인 수명을 가질 수 있을 뿐만 아니라 검은색 잉크를 희석하여 채워줌으로써 광세기를 조절할 수 있는 ND(neutral density) 필터 제작이 가능하고 이를 바이오칩에 결합하면 여기광원인 레이저의 파워 조절이 가능한 이점이 있다.
또한, 본 발명은 레이저 유발 형광 검출법을 사용하는 미세유체 기반의 바이오칩에 모두 응용이 가능하고 DNA 칩, 단백질 칩(protein chip) 등 마이크로 어레이(micro array)칩에도 응용을 할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명을 하나의 광학부품으로 핀홀과 광필터가 요구되는 다른 검출법, 특히 자외선 흡광 검출법에도 응용이 가능한 이점이 있다.
도 1은 일반적인 마이크로칩에 의한 레이저 유발 형광 검출 시스템을 나타낸 구성도이다.
도 2는 일반적인 다양한 시료의 동시분석용 마이크로칩을 나타낸 도면이다.
도 3a 내지 도 3f는 본 발명에 따른 광필터 내장형 마이크로칩의 제조방법에 있어서 미세유로층의 제작 공정을 순차적으로 도시한 단면도들이다.
이후 도 4a 내지 도 4h는 본 발명에 따른 광필터 내장형 마이크로칩의 제조방법에 있어서 핀홀층의 제작 공정을 순차적으로 도시한 단면도들이다.
도 5a 내지 도 5h는 본 발명에 따른 광필터 내장형 마이크로칩의 제조방법에 있어서 광필터층의 제작 공정을 순차적으로 도시한 단면도들이다.
도 6은 본 발명에 의한 광필터 내장형 마이크로칩에 렌즈가 부착된 상태를 나타낸 단면도이다.
도 7은 본 발명에 의한 광필터 내장형 마이크로칩을 이용한 레이저 유발 형광 검출 시스템을 나타낸 구성도이다.
- 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 -
30 : 마이크로칩 31,41,51 : 실리콘 웨이퍼
32,42,52 : 포토레지스트 33 : 미세유로 마스크
34 : 미세유로 양각주형틀 35,45,55 : PDMS
37 : 미세유로 38 : PDMS 플레이트
39 : 미세유로층 43 : 핀홀 마스크
44 : 핀홀 양각주형틀 46 : 핀홀층
47 : 핀홀부 53 : 광필터 마스크
54 : 광필터 양각주형틀 56 : 광필터층
57 : 광필터부 60 : 렌즈
Claims (4)
- 웨이퍼 상부에 네가티브 포토레지스트를 코팅한 후 미세유로 마스크를 통해 식각하여 미세유로 양각주형틀을 형성하는 단계와,상기 미세유로 양각주형틀 전면에 PDMS를 주입하여 고형화 시킨 후 고형된 PDMS를 이형하여 미세유로의 음각부를 형성하는 단계와,상기 미세유로의 음각부가 형성된 고형된 PDMS의 하부에 PDMS 플레이트를 접합하여 미세유로층을 형성하는 단계와,웨이퍼 상부에 네가티브 포토레지스트를 코팅한 후 핀홀 마스크를 통해 식각하여 핀홀 양각 주형틀을 형성하는 단계와,상기 핀홀 양각 주형틀 전면에 PDMS를 주입하여 고형화 시킨 후 고형화된 PDMS를 이형하여 핀홀층을 형성하는 단계와,상기 미세유로층 상부에 상기 핀홀층의 핀홀부가 접하도록 접합시킨 후 상기 핀홀부에 검은색 잉크를 주입하는 단계와,웨이퍼 상부에 네가티브 포토레지스트를 코팅한 후 광필터 마스크를 통해 식각하여 광필터 양각 주형틀을 형성하는 단계와,상기 광필터 양각 주형틀 전면에 PDMS를 주입하여 고형화 시킨 후 고형화된 PDMS를 이형하여 광필터층을 형성하는 단계와,상기 핀홀층 상부에 상기 광필터층의 광필터부가 접하도록 접합시킨 후 상기 광필터부에 분광특성을 갖는 칼라잉크를 주입하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 광필터 내장형 마이크로칩의 제조방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 네가티브 포토레지스터는 SU-8을 스핀코팅하여 소프트 베이킹하는 것을 특징으로 하는 광필터 내장형 마이크로칩의 제조방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 PDMS를 주입하여 고형화시키는 단계에서 상기 PDMS주입시 진공을 걸어 기포를 모두 뽑아낸 후 70℃ 오븐에서 2시간 정도 고형화시키는 것을 특징으로 하는 광필터 내장형 마이크로칩의 제조방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 미세유로층과 핀홀층과 광필터층을 서로 접합하는 단계에서 코로나 방전으로 표면을 5분정도 처리한 다음 접착하는 것을 특징으로 하는 광필터 내장형 마이크로칩의 제조방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020030055333A KR20050017855A (ko) | 2003-08-11 | 2003-08-11 | 광필터 내장형 마이크로칩의 제조방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020030055333A KR20050017855A (ko) | 2003-08-11 | 2003-08-11 | 광필터 내장형 마이크로칩의 제조방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20050017855A true KR20050017855A (ko) | 2005-02-23 |
Family
ID=37227471
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020030055333A KR20050017855A (ko) | 2003-08-11 | 2003-08-11 | 광필터 내장형 마이크로칩의 제조방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20050017855A (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108597335A (zh) * | 2018-06-15 | 2018-09-28 | 安徽中医药高等专科学校 | 一种绿色多功能教学微芯片的制备方法 |
-
2003
- 2003-08-11 KR KR1020030055333A patent/KR20050017855A/ko not_active Application Discontinuation
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|---|---|---|---|---|
| CN108597335A (zh) * | 2018-06-15 | 2018-09-28 | 安徽中医药高等专科学校 | 一种绿色多功能教学微芯片的制备方法 |
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