JP2013511397A - ナノ粒子を柱形態で組織化させるための配列装置及びその配列方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、多数のナノ粒子をナノホームアレイが刻まれた基板の各ナノホームに同時に入れてナノ粒子を柱形態に配列するナノ粒子の配列装置及びその配列方法に関するものである。本発明のナノ粒子の配列装置は、ナノ粒子が付着する上部基板を含むナノ粒子輸送板と、前記上部基板と向い合って対応して前記上部基板に付着したナノ粒子が分離して位置する下部基板を含むナノ粒子収容板と、前記下部基板上に形成されて前記ナノ粒子が所定の位置に配列されるように誘導する多数のナノホーム、及び前記上部基板と下部基板間の距離と、前記ナノ粒子及び前記ナノホームの位置を測定するセンサーとを含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、ナノ粒子の配列装置及びその配列方法に関するもので、より詳細にはナノ粒子を組織化させるためのナノ粒子の配列装置及びその配列方法に関するものである。

ナノ粒子を特定の配列状態に整列することは、現代科学技術で非常に重要な領域である。高精密物質及び装置に有用な整列されたナノ粒子アレイを得るために、ナノ粒子は数ｍｍ以上の大きな欠点がないアレイに整列しなければならず、結晶配向及び格子対称に対する完璧な調節がなされなければならない。

一般的にナノ粒子を整列するための方法としては、普通基板上にナノ粒子を整列する方法を用いている。このような従来技術に基づいてナノ粒子を２層以上積層する場合の上層のナノ粒子は３個以上の下層ナノ粒子が形成した格子間点（ｉｎｔｅｒｓｔｉｔｉａｌ ｐｏｉｎｔ）上に載せられた形態をとる。

しかし、もう少し多様な応用性を有するためには、下層のナノ粒子のすぐ上に上層のナノ粒子が載せられた状態も必要である。

さらに、一つのナノ粒子上に異なるナノ粒子が順次に載せられてナノ粒子が柱形態に整列されたナノ粒子アレイを製造できなければならない。

しかし、ナノ粒子を垂直に積層した技術は、今まで開発されていない。

本発明は、前記従来の問題点を解決するために考案されたもので、本発明はナノ粒子を正確な位置に同時に大量に配列させて、さらにはナノ粒子を柱形態に組織化させることができるナノ粒子の配列装置及びその配列方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明の一側面は、ナノ粒子が付着する上部基板を含むナノ粒子輸送板と、前記上部基板と向い合って対応して前記上部基板に付着したナノ粒子が分離して位置する下部基板を含むナノ粒子収容板と、前記下部基板上に形成されて前記ナノ粒子が所定の位置に配列されるように誘導する多数のナノホーム、及び前記上部基板と下部基板間の距離と、前記ナノ粒子及び前記ナノホームの位置を測定するセンサーとを含むナノ粒子の配列装置を提供する。

前記ナノ粒子の配列装置は、前記上部基板と下部基板の間隔を調節するためのＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）をさらに含むことができる。

前記上部及び下部基板は、３次元的に移動可能な上部及び下部マルチステージに付着していることを特徴とすることができる。

前記上部及び下部基板は、パターン化された形状を有することを特徴とすることができる。

前記ナノ粒子の配列装置は、各ナノ粒子及びナノホームの位置を認識するために前記パターン化された形状を撮影するための走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）をさらに含むことができる。

前記上部基板及び前記下部基板は、金属、半導体、またはアイソレーターからなることを特徴とすることができる。

前記ナノホームは、幅が１０〜１０，０００ｎｍで、高さが３０〜１００，０００ｎｍであることを特徴とすることができる。

前記ナノホームを形成する材料は、フォトレジスター、高分子、シリコン基板または電極物質を含むことを特徴とすることができる。

前記ナノホームの幅は、前記ナノ粒子の平均直径の８５〜９５％であることを特徴とすることができる。

前記ナノ粒子は、１０〜１０，０００ｎｍの平均直径を有することを特徴とすることができる。

前記ナノ粒子の平均直径は、前記ナノホームの幅に対して８５〜９５％であることを特徴とすることができる。

前記センサーは、上部及び下部マルチステージ上にそれぞれ３個以上設置されることを特徴とすることができる。

前記上部基板は、下部基板より大きさが小さいことを特徴とすることができる。

前記目的を達成するために、本発明の異なる側面は、ナノ粒子が一面に付着する上部基板を含むナノ粒子輸送板を準備する工程と、多数のナノホームが一面に設置される下部基板を含むナノ粒子収容板を準備する工程と、前記上部基板及び前記下部基板を隣接させる工程と、センサーを用いて前記上部基板と前記下部基板間の距離と、前記上部基板及び前記下部基板のパターンの位置を測定する工程と、前記ナノ粒子を前記上部基板から分離した後、前記多数のナノホームに位置させる工程とを含むナノ粒子の配列方法を提供する。

前記ナノ粒子輸送板を準備する工程及び前記ナノ粒子収容板を準備する工程は、予備測定工程を含むことができる。

前記上部基板及び前記下部基板は、各内部に所定の大きさを有するパターン化された形状を有することを特徴とすることができる。

前記上部基板及び前記下部基板を隣接させる工程は、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）を用いて前記上部基板と前記下部基板間の間隔を調節する工程を含むことができる。

前記上部基板と前記下部基板間の距離と、前記上部基板及び前記下部基板のパターン位置を測定する工程は、上部及び下部にそれぞれ３個以上設置されたセンサーを用いて遂行することを特徴とすることができる。

前記上部基板及び前記下部基板のパターン位置を測定する工程は、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて遂行することを特徴とすることができる。

前記工程を反復して遂行することによって、前記多数のナノホームにナノ粒子を積層させてナノ粒子の多層を形成させる工程をさらに含むことができる。

前記ナノ粒子の多層は、２層以上からなることを特徴とすることができる。

前記ナノ粒子の多層を相互に接着させる工程をさらに含むことができる。

前記ナノ粒子を前記上部基板から分離した後、前記多数のナノホームに位置させる工程は、前記多数のナノホームに前記ナノ粒子を挿入後、体積膨脹によって前記ナノ粒子を固定するために前記多数のナノホームに熱を加える工程を含むことができる。

前記ナノ粒子を前記上部基板から分離した後、前記多数のナノホームに位置させる工程は、幅が前記ナノ粒子の平均直径の８５〜９５％である前記多数のナノホームに前記ナノ粒子を強制的に挿入して固定する工程を含むことを特徴とすることができる。

前記ナノ粒子は、金属、半導体及びアイソレーターからなることを特徴とすることができる。

前記ナノ粒子は、球形、楕円体、五角柱形、六角柱形、八角柱形、七角柱形、円柱形、角が屈曲した六角柱形、六面体形、角が屈曲した六面体形の形状を有することを特徴とすることができる。

本発明によると、次のような効果がある。

第一、本発明によると、大量のナノ粒子を所定の位置に正確に配列及び一直線に積層させることができる。

第二、本発明によって製造されたナノ粒子が積層された柱形態の構造は、新しい形態のフォトニック結晶（ｐｈｏｔｏｎｉｃ ｃｒｙｓｔａｌ）を製造するのに用いることができる。

第三、本発明によって製造されたナノ粒子の一直線積層構造を、光導波路（ｗａｖｅ ｇｕｉｄｅ）を製造するのに用いることができる。

第四、本発明によって製造されたナノ粒子の一直線積層構造を、光触媒として用いることができる。

図１は、本発明の一実施例によるナノ粒子の配列装置の斜視図である。 図２は、本発明の一実施例によるナノ粒子の配列装置の断面図である。 図３は、本発明の一実施例による上部基板の表面図である。 図４は、本発明の一実施例による下部基板の表面図である。 図５は、本発明の一実施例によるセンサーの位置を示した概路図である。 図６は、本発明の一実施例によるＣＣＤが設置された概路図である。 図７は、本発明の一実施例によるナノ粒子を単層に配列させる工程に対する概路図である。 図８は、本発明の一実施例によるナノ粒子を分離する工程の概路図である。 図９は、本発明の一実施例によるナノ粒子を２層に配列させる工程に対する概路図である。

本発明の技術的思想及び範囲を逸脱しない範囲内で、本発明の多様な変更及び変形が可能であるという点は、当業者に自明であろう。したがって、本発明は特許請求の範囲に記載した発明及びその均等物の範囲内に入る変更及び変形をすべて含む。

以下、本発明のナノ粒子の配列装置に対して、図面を参照して具体的に説明することにする。

図１は、本発明の一実施例によるナノ粒子１の配列装置の斜視図である。

図１に示したように、本発明のナノ粒子１の配列装置は、ナノ粒子輸送板１００、ナノ粒子収容板２００、ナノホーム３００及びセンサー１３０、２３０を含み構成されている。

前記ナノ粒子輸送板１００は、図２に示したように、上部マルチステージ１２０及び上部基板１１０で構成されている。

前記上部マルチステージ１２０は、駆動手段（未図示）と連結されているので、３次元的な移動が可能である。すなわち、前記上部マルチステージ１２０は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に移動が可能な６軸ステージで構成されている。したがって、左右及び上下すべての方向への移動が可能である。

前記上部マルチステージ１２０は、ナノ水準のステージであり得、マイクロ水準のステージであり得るが、ナノ粒子１の大きさによってこれらの中で一つを選択することができる。前記ナノ水準のステージは、通常解像度が１ｎｍ程度で最大３００μｍまで移動が可能であり、前記マイクロ水準のステージは、通常解像度が１μｍ程度で最大１００ｍｍまで移動が可能である。

前記上部基板１１０は、図３に示したように、ナノ粒子１が付着する一面には上部パターン１１１が形成されている。前記上部パターン１１１は、ナノ粒子１を収容するための多数の収容ホーム１１２が一定の間隔で配列された形状を有することができる。また、前記上部基板１１０は、上部パターン１１１が形成された部分とそうではない部分が一定の間隔を置いて形成されている。すなわち、前記上部パターン１１１が形成された部分の外部を前記上部パターン１１１が形成されない部分が取り囲み、前記上部パターン１１１が形成された部分の外辺と前記上部パターン１１１が形成されない部分の外辺との間隔を一定にすることができる。例えば、１００×１００ｍｍ^２の正四角形の上部パターン１１１の外辺と上部パターン１１１が形成されない部分の外辺との間の幅（Ａ１、Ｂ１、Ｃ１、Ｄ１）が５μｍになるようにして上部基板１１０を製造することができる。

前記ナノ粒子収容板２００は、図２に示したように、上述したナノ粒子輸送板１００と向い合っていて、下部マルチステージ２２０及び下部基板２１０とで構成されている。

前記下部マルチステージ２２０は、上述した上部マルチステージ１２０のように駆動手段（未図示）と連結されていて３次元的に移動することができる。

前記下部基板２１０は、図４に示したように、前記上部基板１１０と向い合う一面に下部パターン２１１が形成されている。前記下部パターン２１１内には、ナノホーム３００が一定の間隔を置いて設置されていて、各ナノホーム３００に一つのナノ粒子１が挿入されて収容される。前記下部基板２１０の下部パターン２１１の全体は、上述した上部基板１１０の上部パターン１１１の全体と類似であり得る。すなわち、下部パターン２１１が形成された部分の外辺と下部パターン２１１が形成されない部分の外辺が、一定の間隔を置いて形成され得る。ただ、前記下部基板２１０は、上述した上部基板１１０より大きさが小さいことが好ましい。例えば、９５×９５ｍｍ^２の下部パターン２１１の外辺と下部パターン２１１が形成されない部分の外辺との間の幅（Ａ２、Ｂ２、Ｃ２、Ｄ２）が５μｍになるようにして、下部基板２１０を製造することができる。したがって、上述した上部基板１１０と比べる場合、前記下部基板２１０は前記上部基板１１０より横及び縦の長さが５ｍｍ小さくなる。このように、前記下部基板２１０を上部基板１１０より小さくする理由は、後述する各ナノ粒子輸送板１００及びナノ粒子収容板２００に設置された上部センサー１３０及び下部センサー２３０が、互いに干渉しないで各基板の特定位置を正確に認識して測定するようにするためである。

本発明のナノ粒子配列装置は、前記ナノ粒子輸送板１００及びナノ粒子収容板２００と連結された制御手段（未図示）をさらに含むことができる。前記制御部によって、前記ナノ粒子輸送板１００及びナノ粒子収容板２００の位置情報を取得して、前記上部マルチステージ１２０及び下部マルチステージ２２０の位置を制御する。

本発明のナノ粒子１の配列装置は、前記上部基板１１０及び下部基板２１０を付着するために、前記上部マルチステージ１２０及び下部マルチステージ２２０の上に設置された真空ホルダー（未図示）をさらに含むことができる。

前記上部基板１１０及び前記下部基板２１０の材料は、ナノ粒子１に対応するように金属、半導体、またはアイソレーターからなることができる。

前記ナノホーム３００を具備した下部パターン２１１は、大量のナノ粒子１を正確な位置に配列して固定し、万一、前記ナノ粒子１が柱形態の一直線に積層されて多層を成す場合、前記多層を支持して崩壊することを防止する。

前記ナノホーム３００は、幅が１０〜１０，０００ｎｍで、高さが３０〜１００，０００ｎｍであり得る。万一、前記ナノホーム３００の幅が１０ｎｍ未満の場合、形態安定性が落ちて多層を形成する工程中に前記ナノホーム３００が崩壊することが起こり得、一方、前記ナノホーム３００の幅が１０，０００ｎｍを超過する場合は、集積度が下がって大量生産に適合しなくなり得る。また、前記ナノホーム３００の高さが３０ｎｍ未満の場合は、ナノ粒子１を積層する場合に前記ナノ粒子１を安定に支持することができなくて、前記ナノホーム３００の高さが１００，０００ｎｍを超過する場合は、必要以上に高くナノホーム３００が形成されて生産費用の上昇をもたらし得る。

前記ナノホーム３００の幅は、ナノ粒子１の平均直径の８５〜９５％の範囲であり得る。これは、後述する前記ナノ粒子１を前記上部基板１１０から分離する工程で、前記ナノ粒子１を前記ナノホーム３００内にしっかりと固定することによって、前記ナノ粒子１を前記上部基板１１０から容易に分離するためである。

前記ナノホーム３００を具備した下部パターンは、フォトレジスター、高分子、シリコン基板または電極物質であり得るが、必ずこれに限定されるのではない。

前記センサー１３０、２３０は、図２及び図５に示したように、互いに向い合っている上部マルチステージ１２０の下部面と下部マルチステージ２２０の上部面に設置することができる。各センサー１３０、２３０は、対面する上部基盤１１０及び下部基板２１０の角の部分の位置を認識して距離を測定する。前記センサー１３０、２３０は、上部マルチステージ１２０及び下部マルチステージ２２０にそれぞれ３個以上設置することが好ましいが、万一前記センサー１３０、２３０がそれぞれ２個のみ設置された場合、互いに対応する２個の角は正確に位置を認知して測定することができるが、残り２個の角に対しては位置を正確に認知して測定することができないので、ナノ粒子１をナノホーム３００内に正確に位置させることができない。例えば、図５に示したように、各上部マルチステージ１２０及び下部マルチステージ２２０の向かい合った一面に３個または４個のセンサー１３０、２３０を設置することができる。

図２は、各上部マルチステージ１２０及び下部マルチステージ２２０の角にそれぞれ４個のセンサー１３０ａ、１３０ｂ、２３０ａ、２３０ｂを設置する場合、各センサー１３０ａ、１３０ｂ、２３０ａ、２３０ｂが測定する位置を概略的に示したものである。

図２に示したように、上部センサーｃ（１３０ａ）は下部基板２１０の左側の角２１０ａの位置を認識することができ、上部センサーｄ（１３０ｂ）は下部基板２１０の右側の角２１０ｂの位置を認識することができ、下部センサーａ（２３０ａ）は上部基板１１０の左側の角１１０ａの位置を認識することができ、下部センサーｂ（２３０ｂ）は上部基板１１０の右側の角１１０ｂの位置を認識することができる。このように、各センサー１３０ａ、１３０ｂ、２３０ａ、２３０ｂは上部基板１１０及び下部基板２１０の角の位置を認識して距離を測定する。

本発明のナノ粒子配列装置は、走査電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ、ＳＥＭ）を含んで構成することができる。前記走査電子顕微鏡は、上部基板１１０の上部パターン１１１の形状を撮影して、前記撮影された結果は、図３に示したように、上部基板１１０の各々の角１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄから上部パターン１１１の各々の角１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｄの位置を捜す役割を遂行し、また、図４に示したように、下部基板２１０の各々の角２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃ、２１０ｄから下部パターン２１１の各々の角２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃ、２１１ｄの位置を捜す役割を遂行する。すなわち、走査電子顕微鏡を用いてあらかじめ測定された上部基板１１０の形状と、実際に測定された上部基板１１０の形状を比較して微細にナノ粒子１の位置を補正することができ、それによって上部基板１１０及び下部基板２１０の８個の特定位置を５ｎｍ以内で正確に測定することができる。

本発明のナノ粒子配列装置は、前記上部基板１１０及び下部基板２１０の水平確認及び初期位置確認のためのＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）を含んで構成することができる。前記ＣＣＤ４００は、レーザーセンサーなどを用いて上部基板１１０と下部基板２１０の間隔を測定して、上部基板１１０の上下移動を調節することができる。このようなＣＣＤ４００を用いて、前記上部基板１１０と下部基板２１０の間隔を１μｍ程度まで調節した後、上述した上部マルチステージ１２０及び下部マルチステージ２２０に設置されたセンサー１３０、２３０を用いて、前記上部基板１１０と下部基板２１０の間隔をナノ水準で調節することができる。一方、前記ＣＣＤ４００は、上述した制御手段（未図示）と連結して、前記上部基板１１０と下部基板２１０の位置情報を取得して前記マルチステージの位置を制御する。

前記ナノ粒子１は、１０〜１０，０００ｎｍの平均直径を有した金属、半導体及びアイソレーターであり得る。前記ナノ粒子１の平均直径が１０ｎｍ未満の場合、工程の制御が困難で、一方前記ナノ粒子１の平均直径が１０，０００ｎｍを超過する場合は、集積度が下がって人工光合成の効率が下がり得る。

前記ナノ粒子１は、特別に限定されるのではなく、球形、楕円体、五角柱形、六角柱形、七角柱形、八角柱形、円柱形、六面体形、角が屈曲した六角柱形、角が屈曲した六面体形の形状であり得る。一方、前記ナノ粒子１の形状に対応するように、ナノホーム３００の形状は前記ナノ粒子１の形状と同一であり得る。

前記ナノ粒子１の平均直径は、前記ナノホーム３００の幅の８５〜９５％であり得る。これは、後述する前記ナノホーム３００が具備された下部パターンに熱を加える場合、前記下部パターンが膨脹することによって前記ナノホーム３００の幅が減って、ナノ粒子１をしっかりと固定することができるからである。

次に、本発明のナノ粒子の配列方法に対して、図を参照して具体的に説明することにする。

本発明の一実施例であるナノ粒子１を単層に配置する方法に対して説明する。図７は、 本発明の一実施例によるナノ粒子１を単層に配列させる工程に対する概路図である。

まず、準備工程を遂行する。前記準備する工程は、ナノ粒子輸送板１００を準備する工程及びナノ粒子収容板２００を準備する工程を含んで遂行することができる。

前記ナノ粒子輸送板１００を準備する工程は、上部マルチステージ１２０に上部基板１１０を付着する工程を通じて遂行することができる。前記上部基板１１０の下面には上部パターン１１１が形成されていて、前記上部パターン１１１には大量のナノ粒子１ａが一定の間隔で収容ホーム１１２に付着している。

前記ナノ粒子収容板２００を準備する工程は、下部マルチステージ２２０に前記下部基板２１０を付着する工程を通じて遂行することができる。前記下部基板２１０の上面には下部パターン２１１が形成されていて、前記下部パターン２１１には多数のナノホーム３００が所定の間隔を維持しながら設置されている。

前記ナノ粒子輸送板１００を準備する工程及び前記ナノ粒子収容板２００を準備する工程は、工程の順序を特別に定めるものではない。

前記準備工程は、予備測定工程を含むことができる。そのようにすることで、測定基準が準備される。前記測定基準は、前記上部基板１１０及び下部基板２１０の上部パターン１１１及び下部パターン２１１の各座標の位置を計測する工程を通じて得ることができる。このような前記測定基準は、前記上部基板１１０及び下部基板２１０の微細調整のために補正を遂行しようとする時に用いられる。すなわち、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて前記上部基板１１０及び下部基板２１０を撮影して、センサー１３０、２３０が測定する位置とナノホーム３００のパターン座標及びナノ粒子のパターン座標を認識する。

また、前記予備測定工程は、Ｚ軸原点位置の測定を通じてＺ方向の計測原点を設定する工程を含んで遂行することができる。これを具体的に説明すると、ナノ粒子１ａを付ける前の前記上部基板１１０を前記下部基板２１０の上に置いて軽く加圧した後、各方向を測定するセンサー１３０、２３０によって前記上部基板１１０の位置を計測してそれを原点に設定して、それを基に前記上部基板１１０及び下部基板２１０の接触位置を決定する。

また、前記予備測定工程は、ナノ粒子１ａが付着した上部基板１１０を真空ホルダーに装着した後、モニター（未図示）を見ながら前記上部基板１１０を下降させて真空によって付着した前記上部基板１１０を調整ピンで固定した後、前記上部基板１１０を上昇させる工程を含んで遂行することができる。

また、前記予備測定工程は、前記下部基板２１０を手動レバーで約１ｍｍ上昇させてＸＹ平面のセンサー１３０、２３０の測定位置に移動させて前記下部基板２１０の位置を測定した後、前記下部基板２１０を初期位置に移動させる工程を含んで遂行することができる。

次に、前記ナノ粒子輸送板１００及び前記ナノ粒子収容板２００を隣接させる工程を図７の（ａ）のように遂行する。前記ナノ粒子輸送板１００を前記ナノ粒子収容板２００上部に位置させて、前記ナノ粒子輸送板１００を駆動手段（未図示）を用いて下部に移動させて前記ナノ粒子収容板２００に隣接させる。ここで、ＣＣＤ４００を用いて前記上部基板１１０と前記下部基板２１０との間隔を１μｍ程度まで調節する。

次に、前記ナノ粒子輸送板１００及び前記ナノ粒子収容板２００の距離とパターンの位置を測定する工程を図７の（ｂ）のように遂行する。そのようにして、各ナノ粒子１ａを整列させようとするナノホーム３００の上部に正確に位置する。各上部センサー１３０は、向い合う下部基板２１０の角の位置及び距離を認識して、その測定結果と上述したあらかじめ測定された結果を用いて、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸の６方向に前記上部基板１１０を移動させて、上部基板１１０及び下部基板２１０の各々の角の部分とパターン化された部分が一致する。

このような工程を詳しく説明すると下記のようになる。まず、モニターを見ながら前記上部基板１１０を下降及び隣接させて、上部基板１１０及び下部基板２１０が各センサー１３０、２３０の測定範囲にくるようにする。以後、前記上部基板１１０及び下部基板２１０が少し離れた状態で上述したあらかじめ設定された基準原点位置と同一な距離になるように前記上部基板１１０を調整する。以後、前記上部基板１１０をさらに下降させて上述した予備工程中にあらかじめ測定された前記上部基板１１０及び下部基板２１０のデータと前記上部基板１１０の測定データを基に、ナノホーム３００パターンとナノ粒子１ａの特定位置を確認する。以後、前記上部基板１１０をナノ粒子１ａを分離する位置より多少高い位置まで下降させた後、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸の位置を再確認して微細調整を終えた後、ナノ粒子１ａを分離する位置まで前記上部基板１１０を下降させる。

次に、前記ナノ粒子１ａを前記上部基板から分離した後、図７の（ｃ）のようにナノホーム３００に位置させる。このようにして、多数のナノホーム３００の間に一定の間隔で整列したナノ粒子１ａからなる単層が形成される。

前記ナノ粒子１ａを前記上部基板から分離する方法は、図８の（ａ）に示したように、熱処理手段５００を用いて前記ナノホーム３００に熱を加えて、前記ナノホーム３００が具備された下部パターンが膨脹してナノ粒子１ａをしっかりと固定するように誘導した後、前記上部基板１１０からナノ粒子１ａを分離する。ここで、前記ナノ粒子１ａの直径は、前記ナノホーム３００の幅に対して８５〜９５％であることが好ましいが、これは前記ナノ粒子１ａをナノホーム３００に容易に挿入させるためである。前記ナノ粒子１ａを前記上部基板から分離する他の方法は、図８の（ｂ）に示したように、前記ナノ粒子を強制的に前記ナノホーム３００に挿入及び固定させて前記上部基板１１０から分離することができる。ここで、記ナノホーム３００の幅は、前記ナノ粒子１ａの直径に対して８５〜９５％であることが好ましいが、これは前記ナノ粒子１ａをナノホーム３００の間にしっかりと固定させるためである。

本発明の異なる実施例である多層のナノ粒子を配列させる方法に対して説明する。図９は、本発明の一実施例によるナノ粒子１ｂを２層に配列させる工程に対する概路図である。図９のように、上述した単層を形成する工程と同一な工程を通じて２層のナノ粒子の層１ａ、１ｂを得ることができる。但し、２層を形成するナノ粒子１ｂは、１層を形成するナノ粒子１ａと異なる機能を有することができる。

本発明は、上述したようにナノ粒子１ａ、１ｂを積層させて２層以上のナノ粒子１の層を製造することができ、例えば、１０層以上の多層のナノ粒子１の層を製造することができる。

前記ナノ粒子１を積層させて多層のナノ粒子１の層を形成させた後、前記多層を成す各ナノ粒子１が相互に接着するようにするために、前記ナノ粒子１の層に熱を加える工程をさらに含んで遂行することができる。このような工程を通じて、形態安定性が大きく向上した多層のナノ粒子１の層を製造することができる。

本発明によって、互いに異なる機能を有するナノ粒子を大量に多様なスペーサー物質の間に正確に整列させる装置及び方法が提示されることによって、多様な応用性を期待することができる。

本発明によって製造されたナノ粒子が積層された柱形態の構造は、新しい形態のフォトニック結晶（ｐｈｏｔｏｎｉｃ ｃｒｙｓｔａｌ）、光導波路（ｗａｖｅ ｇｕｉｄｅ）または光触媒など多様な分野に用いることができる。

Claims (26)

1. ナノ粒子が付着する上部基板を含むナノ粒子輸送板と、
   前記上部基板と向い合って対応して前記上部基板に付着したナノ粒子が分離して位置する下部基板を含むナノ粒子収容板と、
   前記下部基板上に形成されて前記ナノ粒子が所定の位置に配列されるように誘導する多数のナノホームと、
   前記上部基板と下部基板間の距離と、前記ナノ粒子及び前記ナノホームの位置を測定するセンサーとを含むナノ粒子の配列装置。
2. 前記上部基板と下部基板の間隔を調節するためのＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）をさらに含む、請求項１記載のナノ粒子の配列装置。
3. 前記上部基板及び下部基板が、３次元的移動が可能な上部マルチステージ及び下部マルチステージに付着していることを特徴とする、請求項１記載のナノ粒子の配列装置。
4. 前記上部及び下部基板が、パターン化された形状を有することを特徴とする、請求項１記載のナノ粒子の配列装置。
5. 各ナノ粒子及びナノホームの位置を認識するために、前記パターン化された形状を撮影するための走査電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ、ＳＥＭ）をさらに含むことを特徴とする、請求項１記載のナノ粒子の配列装置。
6. 前記上部基板及び前記下部基板が、金属、半導体、またはアイソレーターからなることを特徴とする、請求項１記載のナノ粒子の配列装置。
7. 前記ナノホームは、幅が１０〜１０，０００ｎｍで、高さが３０〜１００，０００ｎｍであることを特徴とする、請求項１記載のナノ粒子の配列装置。
8. 前記ナノホームを形成する材料が、フォトレジスター、高分子、シリコン基板または電極物質を含むことを特徴とする、請求項１記載のナノ粒子の配列装置。
9. 前記ナノホームの幅が、前記ナノ粒子の平均直径の８５〜９５％であることを特徴とする、請求項１記載のナノ粒子の配列装置。
10. 前記ナノ粒子が、１０〜１０，０００ｎｍの平均直径を有することを特徴とする、請求項１記載のナノ粒子の配列装置。
11. 前記ナノ粒子の平均直径が、前記ナノホームの幅に対して８５〜９５％であることを特徴とする、請求項１記載のナノ粒子の配列装置。
12. 前記センサーが、上部マルチステージ及び下部マルチステージ上にそれぞれ３個以上設置されることを特徴とする、請求項１記載のナノ粒子の配列装置。
13. 前記上部基板が、下部基板より大きさが小さいことを特徴とする、請求項１記載のナノ粒子の配列装置。
14. ナノ粒子が一面に付着する上部基板を含むナノ粒子輸送板を準備する工程と、
    多数のナノホームが一面に設置される下部基板を含むナノ粒子収容板を準備する工程と、
    前記上部基板及び前記下部基板を隣接させる工程と、
    センサーを用いて前記上部基板と前記下部基板間の距離と、前記上部基板及び前記下部基板のパターン位置を測定する工程と、
    前記ナノ粒子を前記上部基板から分離した後、前記多数のナノホームに位置させる工程とを含むナノ粒子の配列方法。
15. 前記ナノ粒子収容板を準備する工程及び前記ナノ粒子収容板を準備する工程が、予備測定工程を含む、請求項１４記載のナノ粒子の配列方法。
16. 前記上部基板及び前記下部基板が、各内部に所定の大きさを有するパターン化された形状を有することを特徴とする、請求項１４記載のナノ粒子の配列方法。
17. 前記上部基板及び前記下部基板を隣接させる工程が、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）を用いて前記上部基板と前記下部基板間の間隔を調節する工程を含む、請求項１４記載のナノ粒子の配列方法。
18. 前記上部基板と前記下部基板間の距離と、前記上部基板及び前記下部基板のパターン位置を測定する工程が、３個以上のセンサーが上部及び下部にそれぞれ設置されたセンサーを用いて遂行されることを特徴とする、請求項１４記載のナノ粒子の配列方法。
19. 前記上部基板及び前記下部基板のパターン位置を測定する工程が、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて遂行されることを特徴とする、請求項１４記載のナノ粒子の配列方法。
20. 前記工程を反復して遂行することによって、前記多数のナノホームにナノ粒子を積層させてナノ粒子の多層を形成させる工程をさらに含むことを特徴とする、請求項１４記載のナノ粒子の配列方法。
21. 前記ナノ粒子の多層が、２層以上からなることを特徴とする、請求項２０記載のナノ粒子の配列方法。
22. 前記ナノ粒子の多層を相互に接着させる工程をさらに含むことを特徴とする、請求項２０記載のナノ粒子の配列方法。
23. 前記ナノ粒子を前記上部基板から分離した後、前記多数のナノホームに位置させる工程が、前記多数のナノホームに前記ナノ粒子を挿入後、体積膨脹によって前記ナノ粒子を固定するために、前記多数のナノホームに熱を加える工程を含むことを特徴とする、請求項１４記載のナノ粒子の配列方法。
24. 前記ナノ粒子を前記上部基板から分離した後、前記多数のナノホームに位置させる工程は、幅が前記ナノ粒子の平均直径の８５〜９５％である前記多数のナノホームに前記ナノ粒子を強制的に挿入して固定する工程を含むことを特徴とする、請求項１４記載のナノ粒子の配列方法。
25. 前記ナノ粒子が、金属、半導体及びアイソレーターからなることを特徴とする、請求項１４記載のナノ粒子の配列方法。
26. 前記ナノ粒子が、球形、楕円体、五角柱形、六角柱形、八角柱形、七角柱形、円柱型、角が屈曲した六角柱形、六面体型、角が屈曲した六面体型の形状を有することを特徴とする、請求項１４記載のナノ粒子の配列方法。

Images