KR100542654B1 - Nano-slide integrated Nano-probe array - Google Patents
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Abstract
나노 슬라이드가 결합된 나노 탐침 어레이가 개시되어 있다. Nano probe arrays incorporating nano slides are disclosed.
이 개시된 나노 탐침 어레이는, 베이스에 형성된 복수개의 관통홀의 상부에 마련된 나노미터 너비를 갖는 복수개의 개구; 상기 복수개의 개구들을 덮도록 상기 베이스 위에 결합된 광학적으로 투명한 나노미터 단위의 두께를 갖는 제1 슬라이드;를 포함하여, 상기 각 개구들을 통해 순차적으로 또는 동시에 근접장 광검출을 할 수 있도록 된 것을 특징으로 한다. This disclosed nanoprobe array includes a plurality of openings having a nanometer width provided on top of a plurality of through holes formed in a base; And a first slide having a thickness of an optically transparent nanometer unit coupled to the base to cover the plurality of openings, wherein the near field photodetection can be performed sequentially or simultaneously through the respective openings. do.
상기 구성에 의해 제작이 용이하고 구조가 간단한 나노 탐침 어레이를 제공할 수 있고, 이 나노 탐침 어레이를 이용하여 대면적 주사가 가능하며, 이층 구조의 나노 탐침 어레이를 이용하여 분해능을 향상시킬 수 있다.According to the above configuration, it is possible to provide a nanoprobe array which is easy to manufacture and has a simple structure. The nanoprobe array can be used for large-area scanning, and the resolution can be improved by using a nanoprobe array having a two-layer structure.
Description
도 1은 종래의 광섬유 근접장 광학 탐침을 이용하여 나노구조 시료의 광학적 특성을 측정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.1 is a view for explaining a method for measuring the optical properties of a nanostructured sample using a conventional optical fiber near-field optical probe.
도 2는 종래의 광섬유 근접장 광학 탐침을 이용한 2차원 어레이 구조를 나타낸 도면이다.2 is a view showing a two-dimensional array structure using a conventional optical fiber near-field optical probe.
도 3은 본 발명의 제 1실시예에 따른 나노 슬라이드가 결합된 나노 탐침 어레이를 도시한 것이다. FIG. 3 illustrates a nanoprobe array incorporating a nano slide according to a first embodiment of the present invention.
도 4는 도 3의 평면도이다.4 is a plan view of FIG. 3.
도 5는 본 발명의 제 1실시예에 따라 나노 슬라이드가 최소 간격으로 결합된 나노 탐침 어레이를 도시한 것이다. FIG. 5 illustrates a nanoprobe array in which nanoslides are bonded at minimum intervals in accordance with a first embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명의 제 1실시예에 따른 나노 슬라이드가 결합된 나노 탐침 어레이에 금속막이 코팅된 예를 도시한 것이다.FIG. 6 illustrates an example in which a metal film is coated on a nano probe array to which a nano slide is coupled according to a first embodiment of the present invention.
도 7a는 본 발명의 제 2실시예에 따른 나노 슬라이드가 결합된 이층 구조의 나노 탐침 어레이를 도시한 것이다. FIG. 7A illustrates a nanoprobe array having a two-layer structure in which nano slides are combined according to a second embodiment of the present invention.
도 7b는 본 발명의 제 2실시예에 따른 나노 슬라이드가 결합된 이층 구조의 나노 탐침 어레이에 윤활유가 삽입된 예를 도시한 것이다.7B illustrates an example in which lubricating oil is inserted into a nanoprobe array having a two-layer structure in which nano slides are combined according to a second embodiment of the present invention.
도 8은 본 발명의 제 2실시예에 따른 이층 구조의 나노 탐침 어레이에서 제1개구와 제2개구의 마주보는 영역의 면적을 나타낸 것이다. FIG. 8 illustrates the area of the first and second openings facing each other in the two-layer nanoprobe array according to the second embodiment of the present invention.
도 9a는 본 발명의 제2 실시예에 따른 복수개의 개구가 형성된 이층 구조의 나노 탐침 어레이의 단면도이다.9A is a cross-sectional view of a nanoprobe array having a two-layer structure in which a plurality of openings are formed according to a second embodiment of the present invention.
도 9b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 복수개의 개구가 형성된 이층 구조의 나노 탐침 어레이가 상부 또는 하부 나노 탐침 어레이의 이동에 의해 off된 상태를 나타낸 것이다. 9B illustrates a state in which a two-layer nano probe array having a plurality of openings according to a second embodiment of the present invention is turned off by moving an upper or lower nano probe array.
도 10은 본 발명의 제 3실시예에 따른 나노 슬라이드가 결합된 나노 탐침 어레이의 단면도이다. 10 is a cross-sectional view of the nano-probe array combined with the nano slide according to the third embodiment of the present invention.
도 11은 본 발명에 따른 나노 슬라이드가 결합된 나노 탐침 어레이의 대면적 주사를 설명하기 위한 도면이다.11 is a view for explaining the large-area scanning of the nano-probe array coupled to the nano slide according to the present invention.
<도면 중 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for main parts of the drawings>
10,22,27,32,37,51...베이스, 13,15,21,31,52...관통홀10,22,27,32,37,51 ... base, 13,15,21,31,52 ... through hole
13a,15a,21a,31a,52a...개구, 17,24,28,34,38,55,56...슬라이드13a, 15a, 21a, 31a, 52a ... opening, 17,24,28,34,38,55,56 ... slide
20...금속막, 30...윤활유20 metal film, 30 lubricant
T...시료 T ... Sample
본 발명은 나노 슬라이드가 결합된 나노 탐침 어레이에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 나노미터 너비를 갖는 복수개의 개구 위에 나노미터 두께의 슬라이드가 형성되어 슬라이드에 나노구조의 시료를 쉽게 올려놓고 각 개구에서 순차적으로 또는 동시에 시료의 근접장 광학적 특성을 측정할 수 있도록 된 나노 탐침 어레이에 관한 것이다.The present invention relates to a nano probe array in which nano slides are combined. More specifically, nanometer-thick slides are formed on a plurality of nanometer-wide openings, so that nanostructured samples can be easily placed on the slides, and then sequentially in each opening. The present invention relates to a nano-probe array which enables the measurement of near-field optical properties of a sample at the same time or simultaneously.
생체 시료나 미세 소자 구조의 형상을 관측하기 위한 도구로 사용되는 광학 현미경은 빛으로 물체를 관측하기 때문에 회절한계 현상으로 인해 분해능에 한계가 있다. 회절한계 현상 때문에 크기가 빛의 파장의 1/2 이하인 물체는 광학적으로 관측할 수 없게 된다. 이러한 회절한계를 극복하고 빛의 파장보다 매우 작은 사이즈를 갖는 물체의 광학적 특성을 측정할 수 있는 근접장 광학 현미경이 등장하게 되었다. 근접장 광학 현미경에서는 빛의 파장보다 작은 개구를 통과한 빛이 이 개구의 크기와 같거나 작은 거리에 있는 시료에 조사되도록 되어 있다. 이는 시료 표면에서부터 빛의 파장보다 작은 거리 내에 있는 근접장은 회절을 일으키지 않는 현상을 이용하여 회절한계 현상을 극복하기 위한 것이다. The optical microscope used as a tool for observing the shape of a biological sample or a microelement structure has a limitation in resolution due to diffraction limit phenomenon because the object is observed with light. Due to the diffraction limit phenomenon, objects whose size is less than half the wavelength of light cannot be observed optically. To overcome this diffraction limit, a near field optical microscope has emerged that can measure the optical characteristics of an object with a size much smaller than the wavelength of light. In a near-field optical microscope, light passing through an aperture smaller than the wavelength of light is irradiated onto a sample at a distance equal to or less than the size of the aperture. This is to overcome the diffraction limit phenomenon by using the phenomenon that the near field within a distance smaller than the wavelength of light from the sample surface does not cause diffraction.
따라서, 근접장 광학 현미경에 사용되는 탐침은 관측하고자 하는 시료의 표면에 개구가 매우 가깝게 위치하도록 구성되어야 한다. 이러한 근접장 광학 현미경에 사용되는 근접장 광학 탐침으로 가장 널리 알려진 것은 도 1에 도시된 바와 같은 광섬유 근접장 광학 탐침(100)이다. 광섬유 근접장 광학 탐침(100)은 광섬유(102)에 열을 가하여 가늘게 늘리거나 화학 약품으로 식각하여 한쪽 단부를 수십 내지 수백 나노미터의 크기를 갖도록 하여 제작된다. 그리고, 상기 광섬유(102)의 외부로 빛이 새어나가는 것을 방지하기 위해 광섬유 표면에 금속막(104)을 증착하고 끝부분에 수십 내지 수백 나노미터의 직경을 갖는 개구(105)를 형성한다.Therefore, the probe used in the near field optical microscope should be configured so that the opening is very close to the surface of the sample to be observed. The most widely known near field optical probe used in such near field optical microscope is the optical fiber near field
이러한 광섬유 근접장 광학 탐침을 이용하여 나노구조의 시료(106)의 광학적 특성을 측정하기 위하여 상기 근접장 광학 탐침(100)과는 독립적으로 준비된 슬라이드(108)에 시료(106)를 올려놓는다. 그런 다음, 상기 광섬유 근접장 광학 탐침(100)을 상기 시료(106)로부터 수 나노미터 내지 수십 나노미터 범위까지 근접시킨 뒤, 시료(106) 표면에 대해 광을 주사하면서 각 주사 포인트에서의 광신호를 측정하고 이들 광신호를 종합하여 시료에 대한 전체 영상을 얻는다. The
그런데, 상기와 같은 광섬유 근접장 광학 탐침은 광섬유를 극히 얇게 형성하여 제작되므로 매우 약하고, 쉽게 부러져 수명이 짧은 단점이 있다. 또한, 탐침(100)을 잡고 시료(106)에 나노미터 거리까지 근접시키기 위한 부대장치 또는 시료로부터의 거리를 일정하게 유지하도록 하기 위한 거리 유지 장치 등이 필요하다. 이들 부대장치는 매우 복잡할 뿐 아니라 이러한 부대장치를 이용하여 탐침을 이동시킬 때, 상기한 바와 같이 광섬유(102)가 매우 약하므로 상기 광섬유(102)를 가진 탐침을 취급하기가 용이하지 않은 문제점이 있다. 또한, 상기 탐침(100)이 고정되어 있지 않고 이동되어야 하므로 매우 불안정하고 그로 인해 시료의 광학적 특성의 측정에 있어 정확도가 떨어질 염려가 있다. However, the optical fiber near-field optical probe as described above is very weak, because it is manufactured by forming the optical fiber extremely thin, there is a disadvantage that short life. In addition, an auxiliary device for holding the
특히, 근접장 광학 현미경이 주목받는 이유 가운데 하나는 광소자로의 응용가능성인데, 이를 위해서는 도 2에 도시된 바와 같이 복수개의 근접장 광학 탐침(100a)(100b)(100c)을 2차원적으로 배열시키는 기술이 필요하다. 그러나, 광섬 유로 제작된 근접장 광학 탐침은 보통 수십 마이크로미터 내지 수백 마이크로미터에 달하는 광섬유 자체의 직경 때문에 광학 탐침 사이의 어레이 간격(g)을 줄이는데 일정한 한계가 있다. 또한, 모든 탐침(100a)(100b)(100c)을 각각 시료(106)와 근접거리로 유지하게 하기 위해서 각 탐침마다 부대 장비가 별도로 구비되어야 하므로 장비가 커지고 매우 복잡하게 된다. In particular, one of the reasons for the attention of the near-field optical microscope is the applicability to the optical device, for this purpose, a technique for arranging a plurality of near-field
이밖에, 광소자로의 응용을 위해서는 근접장 광학 탐침을 마주 보게 하여 이층 구조로 형성하는 기술이 요구된다. 그런데, 광섬유 근접장 탐침을 이용하여 이층 구조를 구성하는 경우에, 광섬유 근접장 탐침의 끝부분이 매우 날카롭기 때문에 두 탐침을 근접 거리로 가져가는 것이 매우 어려울 뿐만 아니라, 탐침이 쉽게 부러질 염려가 있다. In addition, the application to the optical device requires a technique of forming a two-layer structure by facing the near-field optical probe. However, in the case of constructing a two-layer structure using an optical fiber near field probe, since the tip of the optical fiber near field probe is very sharp, it is very difficult to bring the two probes into close proximity, and the probe may be easily broken.
한편, 이미 언급한 바와 같이 근접장 탐침을 이용하여 고분해능 광영상을 얻기 위해서는 탐침이 시료 위에 매우 가까운 거리로 근접하여 시료 표면 전체를 주사하여야 하는데, 이때 주사속도에 일정한 한계가 있으므로 넓은 영역의 근접장 광영상을 얻는 데에는 많은 시간이 소요된다. 또한, 나노미터 단위의 고분해능 변위 제어기를 이용하여 시료 표면을 주사할 경우, 고분해능의 위치 제어는 가능하지만 총 주사 영역의 크기에는 한계가 있다. 따라서, 고분해능 영상 획득과 동시에 빠른 데이터 처리 수행 및 대면적 영역의 주사 능력을 갖추는 것이 근접장 광학 현미경의 응용 분야 확대 및 산업화에 있어 해결되어야 할 과제이다. On the other hand, as mentioned above, in order to obtain a high resolution optical image using a near field probe, the probe should be scanned at a very close distance on the sample to scan the entire surface of the sample. It takes a lot of time to get it. In addition, when the surface of the sample is scanned using a high resolution displacement controller in nanometer units, high resolution position control is possible, but the size of the total scanning area is limited. Therefore, it is a problem to be solved in expanding and industrializing the application of the near field optical microscope to acquire a high resolution image and to perform the fast data processing and the scanning capability of the large area.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 복수개의 나노 미터 단위의 개구가 소정 간격으로 배열되고, 개구 위에 슬라이드가 형성되며, 이 슬라이드에 나노구조의 시료를 올려놓고, 상기 개구들을 통해 나노구조 시료의 근접장 광학적 특성을 순차적으로 혹은 동시에 측정할 수 있도록 된 나노 슬라이드가 결합된 나노 탐침 어레이를 제공하는데 그 목적이 있다. The present invention has been made to solve the above problems, a plurality of nanometer openings are arranged at predetermined intervals, a slide is formed on the opening, the nanostructured sample is placed on the slide, through the openings The aim is to provide an array of nanoprobe arrays incorporating nano slides that can measure the near-field optical properties of nanostructured samples sequentially or simultaneously.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 나노 슬라이드가 결합된 나노 탐침 어레이는, 베이스에 형성된 복수개의 관통홀의 상부에 마련된 나노미터 너비를 갖는 복수개의 개구; 상기 복수개의 개구들을 덮도록 상기 베이스 위에 결합된 광학적으로 투명한 나노미터 단위의 두께를 갖는 제1 슬라이드;를 포함하여, 상기 각 개구들을 통해 순차적으로 또는 동시에 근접장 광검출을 할 수 있도록 된 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, a nano probe array in which a nano slide is coupled according to the present invention comprises: a plurality of openings having a nanometer width provided on an upper portion of a plurality of through holes formed in a base; And a first slide having a thickness of an optically transparent nanometer unit coupled to the base to cover the plurality of openings, wherein the near field photodetection can be performed sequentially or simultaneously through the respective openings. do.
나노미터 단위의 두께를 갖는 제2 슬라이드가 상기 제1 슬라이드 위에 이동 가능하게 설치되어 있다.A second slide having a thickness of nanometers is provided to be movable on the first slide.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 나노 탐침 어레이는, 제1베이스에 형성된 적어도 하나의 관통홀의 상부에 마련된 나노미터 단위의 너비를 갖는 적어도 하나의 제1개구와, 상기 제1개구를 덮도록 상기 제1 베이스 위에 결합된 광학적으로 투명한 나노미터 단위의 두께를 갖는 제1 슬라이드를 가지는 제1 나노탐침 유닛; 제2베이스에 형성된 적어도 하나의 관통홀의 상부에 마련된 나노미터 단위의 너비를 갖는 적어도 하나의 제2개구와, 상기 적어도 하나의 제2개구를 덮도록 상기 제2 베이스 위에 형성된 제2 슬라이드를 가지며, 상기 제1 나노탐침 유닛에 대향되게 배치된 제2 나노탐침 유닛;을 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the nanoprobe array according to the present invention includes at least one first opening having a width in nanometers provided on an upper portion of the at least one through hole formed in the first base, and to cover the first opening. A first nanoprobe unit having a first slide having a thickness in optically transparent nanometer units bonded over the first base; At least one second opening having a width in nanometers provided on an upper portion of the at least one through hole formed in the second base, and a second slide formed on the second base to cover the at least one second opening, And a second nanoprobe unit disposed to face the first nanoprobe unit.
상기 관통홀의 내벽에 광의 흡수를 높일 수 있도록 금속막이 증착되는 것이 바람직하다.Preferably, a metal film is deposited on the inner wall of the through hole so as to increase absorption of light.
또한, 상기 제1 나노탐침 유닛과 제2 나노탐침 유닛 중 적어도 하나가 이동 가능하게 되어 있으며, 상기 제1개구와 제2개구의 마주보는 면적이 조절 가능하게 되어 있다.In addition, at least one of the first nanoprobe unit and the second nanoprobe unit is movable, and the area facing the first opening and the second opening is adjustable.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 나노 슬라이드가 결합된 나노 탐침어레이에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, a nano probe array is coupled nano-slides according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail.
본 발명은 복수의 개구가 소정 간격으로 배열되고, 상기 복수의 개구를 덮는 나노 슬라이드가 결합된 나노 탐침 어레이 구조에 특징이 있다. The present invention is characterized by a nano-probe array structure in which a plurality of openings are arranged at predetermined intervals, and a nano slide coupled to the plurality of openings is combined.
도 3을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 나노 슬라이드가 결합된 나노 탐침 어레이는, 베이스(10)에 복수개의 관통홀(13)(15)이 형성되어 복수개의 개구(13a)(15a)가 소정 간격마다 배열되어 있고, 슬라이드(17)가 상기 개구(13a)(15a)들을 덮도록 결합되어 있다. 상기 복수개의 개구(13a)(15a)는 도 4에 도시된 바와 같이 2차원적으로 배열될 수 있다. 도 4에서는 2×2 배열의 예를 도시한 것이다. Referring to FIG. 3, in the nanoprobe array in which the nano slide according to the first embodiment of the present invention is coupled, a plurality of through
상기 관통홀(13)(15)은 실리콘으로 된 베이스(10)를 식각하여 형성된다. 따라서, 상기 관통홀(13)(15)은 상부로 갈수록 그 폭이 줄어드는 형상을 갖는다. 상기 관통홀(13)(15)의 상부에 개구(13a)(15a)가, 하부에는 상기 개구(13a)(15a)보다 넓은 입구(13b)(15b)가 형성된다. 상기 관통홀(13)(15)은 예를 들어, 절두 피라미 드형으로 형성될 수 있다. 상기 복수개의 개구(13a)(13b)는 소정 간격(s)으로 배열되고, N×M(N,M은 정수)의 2차원 형태로 배열될 수 있다. The through
상기 슬라이드(17)는 적어도 상기 개구(13a)(15a)를 덮도록 상기 베이스(10) 위에 형성되며, 광학적으로 투명한 재질로 형성된다. 예를 들어, 상기 슬라이드(17)는 Si3N4 재질로 형성되는 것이 바람직하며, 나노미터 단위의 두께(a)를 갖는 것이 바람직하다. The
상기 슬라이드(17) 위에 나노미터 단위의 시료(T)를 올려놓고 상기 개구(13a)(15a)의 아래 또는 위로부터 빛(L)을 조사하여 시료(T)와 상호작용시킨 후 발생하는 빛을 광검출기(미도시)에서 수광함으로써 시료의 광학적 특성을 측정할 수 있다. Place the sample (T) in nanometers on the
상기와 같은 2차원 어레이 구조를 갖는 나노 탐침 어레이는 반도체 공정을 통해 쉽게 제작될 수 있다. 나노 탐침 어레이는 광리소그래피 작업을 위한 시작 포토마스크를 이용하여 베이스에 대해 적절한 크기와 간격을 갖는 탐침 어레이 패턴을 형성하여 제작된다. 식각에 의해 상기 관통홀(13)(15)을 형성할 때, 상기 베이스(10)의 두께(d)와 식각 시간을 조절함으로써 상기 개구(13a)(15a)의 너비를 조절할 수 있다. 이와 같이 하여 근접장 광학 현미경에 적합한 나노미터 단위의 너비를 갖는 개구를 용이하게 형성할 수 있다. 또한, 상기 개구(13a)(15a)의 너비에 의해 분해능이 결정되는데, 개구의 너비를 극히 작게 제작하는 것이 반도체 제조 공정에 의해 용이하게 실현될 수 있으므로 분해능을 높일 수 있다. Nano probe array having a two-dimensional array structure as described above can be easily manufactured through a semiconductor process. Nano probe arrays are fabricated by forming probe array patterns with the appropriate size and spacing for the base using a starting photomask for photolithography operations. When the through
도 5를 참조하면, 상기 베이스(10)가 Si층으로 형성되며, 여기서 Si {111} 면과 {100}면 사이의 결정각을 θ, 베이스(10) 즉, Si층의 두께를 d, 개구(13a)(15a)의 너비를 n이라 한다. 나노 탐침 간의 최소 간격(smin)은 이웃하는 관통홀(13)(15) 사이의 간격이 최소가 될 때 구해질 수 있다. 관통홀(13)(15) 사이의 간격이 최소가 되기 위해서는 이웃하는 하부 입구(13b)(13b)가 접해있어야 하고, 이 경우 나노 탐침 사이의 최소 간격(smin)은 다음과 같이 구해질 수 있다. Referring to FIG. 5, the
상기 수학식 1에 의하면, 나노 탐침 사이의 최소 간격은 나노 탐침 어레이 가운데 한 패턴이 이웃한 패턴과 연속적으로 배치될 때 개구 너비(n), 베이스(10)의 두께(d) 및 식각 각도(θ)에 의존한다. 예를 들어, θ는 대략 54.74도 정도이며, 상기 수학식 1에 의해 식각층(즉, 실리콘층 또는 베이스)의 두께(d)와 개구 너비(n)에 의해 나노 탐침 어레이에서의 탐침 간 최소 간격이 결정된다. 이와 같이 상기 베이스(10)의 두께(d)와 개구 너비(n)를 조절하여 나노 탐침 사이의 최소 간격(smin)을 나노 미터 구조에 적합하게 조절할 수 있다. According to Equation 1, the minimum spacing between the nanoprobes is the opening width (n), the thickness (d) of the
이와 같이 제작되는 나노 탐침 어레이를 이용하면 다수개의 나노 구조 시료(T)를 상기 슬라이드(17)에 용이하게 올려놓고 각각의 개구(13a)(15a)를 통해 발생하는 근접장 광을 동시에 혹은 순차적으로 검출하는 것이 가능해진다. 또한, 다수개의 개구(13a)(15a)를 통해 면적이 큰 시료에 대해 광학적 특성을 조사하는데 유리하다.Using the nanoprobe array fabricated as described above, a plurality of nanostructured specimens T are easily placed on the
한편, 나노 탐침의 광흡수도가 낮을 때에는 상기 개구(13a)(15a)를 통해 빛이 누출되어 시료의 광학적 특성을 정확하게 측정할 수 없는 경우가 발생될 수 있다. 이때, 도 6에 도시된 바와 같이 상기 관통홀(13)(15)의 내벽에 금속막(20)을 증착하여 광흡수도를 높임으로써 개구(13a)(15a) 주위에서 빛이 누출되는 것을 방지할 수 있다. 상기 금속막(20)은 Al, Au, Ag 또는 Cr 등의 재질로 형성되는 것이 바람직하다.On the other hand, when the light absorption of the nano-probe is low, light may leak through the
본 발명에 따른 나노 탐침 어레이는 다양한 분야에 응용될 수 있지만, 예를 들어, 근접장 광학 현미경에 유리하게 응용될 수 있다. 근접장 광학 현미경은 빛의 파장보다 작은 개구를 통과한 빛이 이 개구의 크기와 비슷한 거리에 있는 시료에 조사되도록 하는데, 시료 표면에서부터 빛의 파장보다 작은 거리 내에 국재하는 근접장은 회절한계를 나타내지 않기 때문에 시료에 대한 광학적 특성의 측정이 가능하다. 따라서, 근접장 광학 현미경에 사용되는 탐침은 관측하고자 하는 시료의 표면에서부터 개구가 극히 가깝게 위치하도록 해야 함은 앞서 설명한 바와 같다. 이런 점에서 본 발명에 따른 나노 슬라이드가 결합된 나노 탐침 어레이는 근접장 광학 현미경을 위해 매우 바람직한 구조를 가지고 있다. 즉, 상기 슬라이드(17)에 시료(T)를 올려놓기만 하면 탐침을 시료에 가깝게 이동시킬 필요 없이, 자동적으로 상기 개구(13a)(15a)가 시료(T)로부터 슬라이드(17) 두께(a)의 거리만큼 떨어져 있게 되므로 근접장 광학 현미경에 매우 유리하게 적용될 수 있다. The nanoprobe array according to the present invention may be applied to various fields, but may be advantageously applied to, for example, a near field optical microscope. Near-field optical microscopy allows light that passes through an aperture smaller than the wavelength of light to be irradiated onto the sample at a distance similar to the size of this aperture. The optical properties of the sample can be measured. Therefore, as described above, the probe used in the near field optical microscope should be positioned extremely close to the surface of the sample to be observed. In this regard, the nanoprobe array incorporating the nano slide according to the present invention has a very desirable structure for near field optical microscopy. That is, simply placing the sample T on the
다음 도 7a를 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 나노 슬라이드가 결합 된 나노 탐침 어레이는 제1 슬라이드(24)가 결합된 제1 나노탐침 유닛(25)과, 제2 슬라이드(28)가 결합된 제2 나노탐침 유닛(29)이 서로 마주보게 배치된 2층 구조로 구성된다. Next, referring to FIG. 7A, a nano slide array having nano slides according to a second embodiment of the present invention may include a first
상기 제1 나노 탐침 유닛(25)은 상부에 적어도 하나의 제1 개구(21a)를 가진 관통홀(21)이 형성된 베이스(22)를 구비하고, 제2 나노탐침 유닛(29)은 적어도 하나의 제2 개구(26a)를 가진 관통홀(26)이 형성된 베이스(27)를 구비한다. 도 7a에서는 상기 제1 및 제2 나노탐침 유닛(25)(29)에 각각 하나의 개구(21a)(26a)가 형성된 경우를 도시하였다. The
여기서, 나노 구조의 시료(T)는 상기 제1 개구(21a)쪽의 슬라이드(24) 또는 제2 개구(26a)쪽의 슬라이드(28)에 부착시키거나 제1 및 제2 개구(21a)(26a) 사이에 위치시킬 수 있다. 상기 제1 및 제2 개구(21a)(26a)가 탐침 역할을 한다. 상기 개구(21a)(26a)에 슬라이드(24)(28)가 결합되어 있으므로, 탐침이 손상될 염려 없이 두 탐침을 가능한 한 가깝게 근접시키는 것이 가능하다. Here, the nanostructured sample T is attached to the
2층 구조의 나노 탐침 어레이를 제조할 때, 상기 제1 개구(21a)와 제2 개구(26a)를 마주보도록 하여 고정 배치한 다음 접합하는 방식이 있다. 여기서, 상기 제1 개구(21a)와 제2 개구(26a)가 그 면적이 같다고 가정한다. 상기 제1 나노탐침 유닛(25)과 제2 나노탐침 유닛(29)을 고정배치할 때, 상기 제1개구(21a)와 제2개구(26a)를 정확하게 마주보도록 하여 배치할 수도 있지만, 도 8에 도시된 바와 같이 제1개구(21a)와 제2개구(26a)를 약간 어긋나게 마주보도록 배치할 수도 있다. 도 8에서는 설명의 편의를 위해 상기 제1개구(21a)와 제2개구(26a)를 과장하여 도 시하였다. When fabricating a two-layer nanoprobe array, there is a method in which the
여기서, 상기 제1개구(21a)와 제2개구(26a)의 마주보는 영역(Z)을 통해서 빛이 통과되어 시료의 광학적 특성을 측정하게 된다. 이러한 경우에 상기 제1개구(21a)와 제2개구(26a)의 마주보는 영역(Z)이 실질적인 개구의 역할을 한다. 상기 마주보는 영역(Z)은 상기 제1개구(21a)와 제2개구(26a) 보다 작은 면적을 가지므로 실질적으로 분해능이 향상되는 효과가 있다. 이와 같이 2층 구조의 나노 탐침 어레이에서 제1개구와 제2개구의 마주보는 영역(Z)의 면적을 조절하여 분해능을 조절할 수 있다. In this case, light passes through an area Z of the
한편, 상기 제1 및 제2 나노탐침 유닛(25)(29) 중 적어도 하나의 탐침 유닛을 이동가능하도록 제작할 수 있다. 이러한 이동가능한 구조에서는 나노탐침 유닛을 이동시키면서 근접장 광검출을 할 수 있다. 상기 제1 나노탐침 유닛(25) 및 제2 나노탐침 유닛(29) 중 적어도 하나를 이동시킴으로써, 상기 제1개구(21a)와 제2개구(26a)의 마주보는 영역(Z)의 면적을 조절할 수 있다. 나노탐침 유닛을 이동시킬 수 있는 구조에서는 필요에 따라 상기 마주보는 영역(Z)의 면적을 조절하여 관측하고자 하는 시료의 종류에 따라 분해능을 선택할 수 있다.Meanwhile, at least one probe unit of the first and
또한, 상기 제1개구(21a)와 제2개구(26a)가 그 면적이 다를 때, 상기 제1개구(21a)와 제2개구(26a)가 정확히 마주보게 배치된 경우 면적이 작은 쪽의 개구에 의해 분해능이 결정된다. 한편, 제1 및 제2 나노 탐침 유닛(25)(29)을 어긋나게 배치할 때에는 상술한 바와 같이 상기 제1 및 제2 개구(21a)(26a)가 마주보는 영역(Z)의 면적에 의해 분해능이 결정된다.In addition, when the area of the
한편, 상기와 같은 이층 구조의 나노 탐침 어레이에서 제1 및 제2 나노탐침 유닛(25)(29)이 이동가능하게 된 경우, 도 7b에서와 같이 제1 나노 탐침 유닛(25)과 제2 나노 탐침 유닛(29)사이에 윤활유(30)를 도포하는 것이 바람직하다. 이는 상기 제1 및 제2 나노 탐침 유닛(25)(29)은 매우 근접해 있기 때문에 어느 한 나노 탐침 유닛의 이동시 다른 나노 탐침 유닛이 손상되는 것을 방지하기 위한 것이다. 상기 윤활유(30)는 상기 제1 및 제2 나노 슬라이드(24)(28)의 굴절률과 같거나 비슷한 굴절률을 갖는 것을 사용한다. 나노 슬라이드와 같거나 유사한 굴절률을 가지는 윤활유를 사용하는 것은 빛(L)이 상기 개구(21a)(26a)를 통과할 때 광학적 특성이 변하지 않도록 하기 위한 것이다.Meanwhile, when the first and
더욱이, 상술한 바와 같은 이층 구조의 나노 탐침 어레이에서 각 나노 탐침 유닛을 2차원의 어레이 구조로 형성할 수 있다. Furthermore, in the two-layer nanoprobe array as described above, each nanoprobe unit can be formed in a two-dimensional array structure.
도 9a를 참조하면, 복수개의 제1 개구(31a)가 2차원적으로 배열된 제1 나노 탐침 유닛(35)과 복수개의 제2 개구(36a)가 2차원적으로 배열된 제2 나노 탐침 유닛(40)을 서로 마주 보도록 설치한다. Referring to FIG. 9A, a
이층 구조의 나노 탐침 어레이는 상기 제1 나노 탐침 유닛(25)(35) 및 제2 나노 탐침 유닛(29)(40) 사이에 대면적을 갖는 시료(T)를 놓고, 제1 나노 탐침 유닛(25)(35)과 제2 나노 탐침 유닛(29)(40) 중 적어도 하나를 이동시키면서 대면적 주사가 가능하다. 또한, 도 7a 및 8a에 도시된 바와 같이 상기 제1 개구(21a)(31a)와 제2 개구(26a)(36a)가 마주볼 때에는 on이 되고, 도 9b에 도시된 바와 같이 상기 제1 개구(31a)와 제2 개구(36a)가 마주보지 않을 때에는 off가 된다. 이와 같이 이층 구조의 나노 탐침 어레이는 상부 나노 탐침 유닛과 하부 나노 탐침 유닛의 구조 사이에 인터커넥션(interconnection)이 가능하므로 광소자로 응용될 수 있다. The nanoprobe array having a two-layer structure includes a sample T having a large area between the
더 나아가, 복수개의 제1 및 제2 개구(31a)(36a)를 가진 상기 제1 및 제2 나노탐침 유닛(35)(40)을 마주보게 배치하고, 빛(L)이 상기 복수개의 개구를 통해 선택적으로 통과되거나 차단될 수 있도록 하여 광소자로 제작할 수 있다. 또한, 도 8을 참조하여 설명한 바와 같이 상기 복수개의 개구를 갖는 제1 및 제2 나노탐침 유닛(35)(40) 중 적어도 하나를 이동시켜 제1개구(31a)와 제2개구(36a)가 마주보는 면적을 조절함으로써 분해능을 조절할 수 있다. Furthermore, the first and
도 10은 본 발명의 제 3실시예에 따른 나노 슬라이드가 결합된 나노 탐침 어레이를 도시한 것이다. 제 3실시예에 따른 나노 탐침 어레이는 베이스(51)에 개구(52a)를 가진 복수개의 관통홀(52)이 형성되고, 상기 베이스(51) 위에 상기 개구(52a)를 덮을 수 있는 제1 슬라이드(55)가 결합된다. 그리고, 상기 제1 슬라이드(55) 상부에 제2 슬라이드(56)가 이동 가능하게 배치된다. 여기서, 상기 제1 슬라이드(55)와 제2 슬라이드(56) 사이에 윤활유가 삽입되는 것이 바람직하다.FIG. 10 illustrates a nanoprobe array incorporating nano slides according to a third embodiment of the present invention. In the nanoprobe array according to the third embodiment, a plurality of through holes 52 having
상기 제2 슬라이드(56) 위에 시료(T)를 올려놓고 하부로부터 빛(L)을 조사하여 상기 개구(52a)를 통해 빛이 시료(T)에 도달하도록 한다. 이 빛(L)이 시료(T)와 상호 작용한 후 광검출기(미도시)에 의해 검출되어 시료의 광학적 특성을 측정할 수 있다. 한편, 상기 제2슬라이드(56)를 이동시키면서 주사하여 대면적을 갖는 시료(T)의 광학적 특성을 측정할 수 있다. The sample T is placed on the
도 11은 상기 제2슬라이드(56)가 이동되면서 주사되는 과정을 나타낸 것이 다. 여기서, A는 제2슬라이드(56)의 주사 궤적을 나타낸다. 도면상 한쪽 길이 방향을 기준으로 제2슬라이드(56)가 한 개구에서 이웃하는 개구까지 p만큼 이동될 때, 전체적으로는 나노 탐침 어레이 내의 모든 개구에 대해 동시에 이동되므로 전체 주사 거리는 q가 된다. 또한, 주사를 역 S자형의 궤적(A)을 따라 수행하면 전체적으로는 상기 제2슬라이드(56)의 세로 방향과 가로 방향 양쪽에 대해 주사를 하는 것과 같은 효과를 얻을 수 있다. 이러한 방법으로 N×N의 나노 탐침 어레이를 주사할 때 실제 주사 영역은 N2배가 된다. 다시 말하면, 복수의 개구가 2차원으로 배열되어 있는 경우, 상기 제2슬라이드(56)를 어느 한 개구를 중심으로 이웃하는 개구들을 따라 이동시킴으로써, 빛이 전체 개구를 통해 상기 시료(T)의 전면적을 주사하도록 할 수 있다. 이와 같이 탐침이 2차원적으로 배열된 구조에서는 탐침의 어레이 수에 따라 주사 영역이 증가하는 대면적 주사가 가능하다. 11 illustrates a process in which the
도 11에서 상기 제2슬라이드(56)에 의한 주사궤적을 역 S자 형으로 나타내었지만, 이는 설명의 편의상 과장되어 도시된 것이고, 실제로는 극히 미세한 궤적으로 이웃하는 개구 사이의 영역을 주사한다. 주사궤적 또한 역 S자 형 뿐만 아니라 여러 가지 형태가 가능하다. In FIG. 11, the scan trajectory by the
상술한 바와 같이 나노 탐침 어레이 구조에서는 높은 공간 분해능으로 대면적을 갖는 시료의 광학적 특성을 측정하는 것이 가능하다. 다시 말하면, 매우 높은 공간 분해능으로 주사를 하기 위해서는 미세하게 주사를 해야하는데, 미세하게 넓은 영역을 주사하기 위해서는 매우 많은 시간이 소요되며 현실적으로 전체 영역을 주사하는 것이 불가능하다. 하지만, 도 10에서와 같은 어레이 구조에서는 작은 영역을 주사하는 것으로도 큰 면적을 갖는 전체 영역을 주사하는 것과 같은 효과를 낼 수 있으므로 대면적 주사가 구현될 수 있다.As described above, in the nanoprobe array structure, it is possible to measure the optical characteristics of a sample having a large area with high spatial resolution. In other words, in order to scan at a very high spatial resolution, a fine scan must be performed, but it takes a very long time to scan a minute wide area, and it is impossible to scan the entire area in reality. However, in the array structure as shown in FIG. 10, scanning a small area can produce the same effect as scanning an entire area having a large area, so that a large area scan can be implemented.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 나노 슬라이드가 결합된 나노 탐침 어레이에 의하면, 나노 구조 물질을 나노 슬라이드에 올려놓음으로써 나노 탐침을 근접장 안에 근접시키는 것과 같은 효과를 얻을 수 있다. 또한, 복수개의 개구를 통해 광신호를 순차적으로 혹은 동시에 측정함으로써 큰 면적을 갖는 나노 구조 물질의 광학적 특성을 연구할 수 있다. 또한, 일반적인 반도체 공정을 통해 용이하게 나노 탐침을 2차원적으로 배열 형성할 수 있고, 이웃하는 나노 탐침 사이의 간격을 매우 작게 제조할 수 있으므로 고분해능으로 나노 구조 물질에 대한 정밀한 광학적 특성을 측정할 수 있다.As described above, according to the nanoprobe array incorporating the nanoslide according to the present invention, an effect such as bringing the nanoprobe close to the near field may be obtained by placing the nanostructured material on the nanoslide. In addition, by measuring the optical signal sequentially or simultaneously through the plurality of openings it is possible to study the optical properties of the nano-structured material having a large area. In addition, the nano-probe can be easily two-dimensionally arranged through a general semiconductor process, and the gap between neighboring nano-probes can be made very small, so that accurate optical properties of the nano-structured material can be measured with high resolution. have.
또한, 본 발명에 따른 나노 탐침 어레이를 이용하여 순차적으로 또는 동시에 각 탐침에서의 근접장 광검출을 할 수 있으므로, 분자, 세포, 반도체 양자 구조, 금속 입자 등과 같은 다수의 나노구조 물질을 근접장 광학 탐침에 직접 결합시켜 근접장 광학 특성을 용이하게 측정할 수 있다. In addition, by using the nanoprobe array according to the present invention, since the near field photodetection can be performed sequentially or simultaneously with each probe, a plurality of nanostructured materials such as molecules, cells, semiconductor quantum structures, metal particles, and the like can be applied to the near field optical probe. Direct coupling allows easy measurement of near field optical properties.
한편, 본 발명에 따른 나노 탐침 어레이에서의 개구를 통한 on-off 동작에 의해 나노구조 물질을 이용하는 광소자 제작이 가능하다. 이는 나노 구조 물질의 근접장 광학 물성을 광소자에 직접적으로 응용할 수 있는 기반이 되며, 산업화가 용이하지 않았던 근접장 광학 현미경에 의한 광소자의 산업화를 촉진하게 된다. 본 발명에 따른 나노 탐침 어레이는 나노 구조 물질을 이용한 근접장 광소자의 다중 신호 처리를 가능하게 하고, 예를 들어 광 모듈레이터, 광 인터커넥터, 광 스위치 등과 같은 광소자에 적용될 수 있다.On the other hand, by the on-off operation through the opening in the nano-probe array in accordance with the present invention it is possible to manufacture an optical device using a nanostructured material. This is the basis for applying the near-field optical properties of the nano-structured material directly to the optical device, and promotes the industrialization of the optical device by the near-field optical microscope, which was not easy to industrialize. The nanoprobe array according to the present invention enables multiple signal processing of near-field optical devices using nanostructured materials, and can be applied to optical devices such as optical modulators, optical interconnectors, optical switches, and the like.
또한, N×N 나노 탐침 어레이를 이동시켜 주사함으로써 실제 주사 영역의 N2배의 대면적 주사가 가능하게 되며, 주사 영역이 증가됨에 따라 주사 시간이 짧아지는 이점이 있다.In addition, by scanning by moving the N × N nanoprobe array, it is possible to scan N 2 times larger than the actual scanning area, and the scanning time is shortened as the scanning area is increased.
더욱이, 2층 구조의 나노탐침 어레이에서 하부 나노탐침유닛과 상부 나노탐침 유닛의 개구가 마주보는 영역의 면적을 조절함으로써 분해능을 향상시킬 수 있다.Furthermore, in the two-layer nanoprobe array, the resolution may be improved by adjusting the area of the region where the openings of the lower nanoprobe unit and the upper nanoprobe unit face each other.
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