KR101102554B1 - 적층형 나노 어퍼쳐 구조체, 이를 채용한 근접장 광 발생장치 및 정보 기록재생 장치 - Google Patents

적층형 나노 어퍼쳐 구조체, 이를 채용한 근접장 광 발생장치 및 정보 기록재생 장치 Download PDF

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Abstract

적층형 나노어퍼쳐 구조체, 이를 채용한 근접장 광 발생장치 및 정보 기록 재생 장치가 개시된다. 개시된 나노어퍼쳐 구조체는 입사광의 분포를 변화시켜 회절 한계 이하의 빔 스폿을 형성하는 것으로, 각각에 적어도 하나의 개구가 구비된 복수의 금속막을 포함하며, 상기 복수의 금속막은 이격되어 나란하게 배열된 것을 특징으로 한다.

Description

적층형 나노 어퍼쳐 구조체, 이를 채용한 근접장 광 발생장치 및 정보 기록재생 장치{Multi-layered nano aperture structure, near field light generating apparatus and information recording and reproducing apparatus employing the same}
본 발명은 입사광의 분포를 바꾸어 다양한 빔 형상을 만드는 적층형 나노 어퍼쳐 구조체와 이를 채용한 근접장 광 발생장치 및 정보 기록 재생 장치에 관한 것이다.
최근, 빛의 회절 한계를 극복하는 기술로서, 근접장(near field)에 대한 관심이 높아지고 있다.
근접장은 물체에 조사된 광에 의해 물체내에 유도된 분극(polarization)의 상호작용으로 인해 물체 근방에만 국소되어 멀리 진행하지 않는 일종의 표면파로서 국소(localized) 전자기파이다.
근접장을 이용한 기술은 다양한 기술 분야에 적용될 수 있는데, 예를 들어, 회절 한계 이하의 공간 분해능을 얻기 위한 근접장 광학 현미경에 채용될 수 있다. 또한, 자기기록 분야에서는 초상자성 한계를 극복하여 기록 비트의 크기를 줄이기 위해 기록매체를 국소적으로 가열하여 자기장을 인가하는 열 보조 자기기록헤드에, 광기록 분야에서는 기록 피트의 크기를 광의 회절한계 이하로 줄이는 기술로 다양하게 적용될 수 있다.
그러나, 기본적으로 근접장은 반파장 이내의 거리에서 동작하며 급격히 감소하는 소멸파(evanescent wave)로서, 필요한 위치에 원하는 크기(intensity)와 빔 스폿 형상을 갖는 광분포를 형성하기에 어려움이 있다.
본 발명의 실시예들은 입사광의 분포를 변화시켜 다양한 빔 형상을 형성할 수 있는 구조의 나노어퍼쳐 구조체, 이를 채용한 근접장 광 형성장치 및 정보 기록 재생 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예에 따른 나노어퍼쳐 구조체는 입사광의 분포를 변화시켜 회절 한계 이하의 빔 스폿을 형성하는 것으로, 각각에 적어도 하나의 개구가 구비된 복수의 금속막을 포함하며, 상기 복수의 금속막은 이격되어 나란하게 배열된 것을 특징으로 한다.
상기 복수의 금속막에 형성된 개구 각각은 정방형, 원형, 나비리본(bow tie)형, 'C'형, 'L형', 'X'형 중에서 선택된 어느 하나의 형상을 가질 수 있다.
상기 복수의 금속막 사이의 거리 및 개구의 형상은 상기 빔 스폿의 형상이 대략 원형이 되도록 정해질 수 있다.
상기 복수의 금속막은, 'C'형 개구가 형성된 제1금속막; 상기 제1금속막에 형성된 'C'형 개구와 좌우가 바뀐 형상의 'C'형 개구가 형성된 제2금속막;을 포함할 수 있다.
상기 금속막은 Al, Ni, Cu, Ru, Rh, Pd, Pt, Ag, Os, Ir, Pt, Au 중에서 선택된 어느 하나의 금속으로 이루어지거나, 이들 중 어느 하나를 포함하는 합금으로 이루어질 수 있다.
상기 복수의 금속막은 중간층을 사이에 두고 적층된 구조를 가질 수 있으며, 또한, 상기 개구는 상기 중간층과 동일한 물질 또는 다른 물질로 채워질 수 있다.
본 발명의 실시예에 의한 근접장 광 발생장치는 광원; 상기 광원에서 출사된 광의 분포를 바꾸어 회절 한계 이하의 빔 스폿을 형성하는 것으로, 각각에 적어도 하나의 개구가 구비된 복수의 금속막이 서로 이격되어 나란하게 배열되어 이루어진 나노 어퍼쳐 구조체;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 광원과 상기 나노 어퍼쳐 구조체 사이에는 상기 광원에서의 광을 상기 나노 어퍼쳐 구조체로 가이드하는 광학계가 더 마련될 수 있다.
상기 광학계는 광도파로를 포함할 수 있고, 또는 적어도 하나의 렌즈를 구비할 수 있다.
상기 나노 어퍼쳐 구조체는 상기 복수의 금속막이 중간층을 사이에 두고 적층된 구조를 가질 수 있다.
상기 광원은 수직 공진기형 면발광 레이저(VCSEL)이고, 상기 수직 공진기형 면발광 레이저의 발광면이 상기 나노 어퍼쳐 구조체의 개구와 마주하도록 배치될 수 있다.
상기 광원은 복수의 발광영역을 갖는 수직 공진기형 면발광 레이저 어레이로 구성되고, 상기 복수의 발광영역은 상기 나노어퍼쳐 구조체의 복수의 개구 각각과 마주하도록 배치될 수 있다.
본 발명의 실시예에 의한 정보 기록 재생 장치는 자기기록매체에 정보를 기록하거나 기록된 정보를 재생하는 정보 기록 재생 장치에 있어서, 상기 자기기록매체의 소정 위치에 열에너지를 인가하는 것으로, 본 발명의 실시예에 의한 근접장 광 발생 장치; 가열된 상기 소정 위치에 자기장을 인가하는 기록헤드부;를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 의한 정보 기록 재생 장치는 광기록매체에 정보를 기록하거나 기록된 정보를 재생하는 정보 기록 재생 장치에 있어서, 광원; 상기 광기록매체에 상기 광원에서 조사된 광의 회절 한계 이하의 빔 스폿을 형성하는 것으로, 각각에 적어도 하나의 개구가 구비된 복수의 금속막이 서로 이격되어 나란하게 배열되어 이루어진 나노 어퍼쳐 구조체;를 포함한다.
본 발명의 실시예에 의한 근접장 광학 현미경은 시료에 대해 조사광의 회절 한계보다 작은 크기의 구조에 대한 정보를 수집하는 근접장 광학 현미경에 있어서, 각각에 적어도 하나의 개구가 구비된 복수의 금속막이 서로 이격되어 나란하게 배열되어 이루어진 나노 어퍼쳐 구조체를 구비하는 광학 탐침을 포함한다.
본 발명의 실시예에 의한 나노 리소그라피 장치는 광의 회절 한계보다 작은 선폭을 갖는 구조를 패터닝하는 나노 리소그라피 장치에 있어서, 광원; 각 각에 적어도 하나의 개구가 구비된 복수의 금속막이 서로 이격되어 나란하게 배열되어 이루어진 나노 어퍼쳐 구조체;를 포함한다.
본 발명의 실시예에 의한 적층형 나노 어퍼쳐 구조체는 입사광의 분포를 변화시켜 다양한 빔 형상을 형성할 수 있는 구조로서, 필요한 위치에 원하는 빔 형상을 구현함에 있어 자유도가 높은 구조를 갖는다.
본 발명의 실시예에 의한 근접장 광 발생장치는 이러한 나노어퍼쳐 구조체를 채용하여, 작은 빔 스폿, 원형에 가까운 빔 스폿 형상을 가지며, 또한, 강화된 근접장을 형성할 수 있다.
본 발명의 실시예에 의한 근접장 광 발생장치는 자기기록 분야, 광기록 분야에 채용되어 고밀도 기록을 구현하기에 적합하며, 또한, 고분해능을 구현하는 의 근접장 광학 현미경, 미세 패터닝을 위한 나노 리소그라피 장치에 채용될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 나노어퍼쳐 구조체(10)의 개략적인 구조를 보이는 사시도이다. 도 2a 내지 도 2d는 도 1의 나노어퍼쳐 구조체(10)에 채용될 수 있는 개구(h) 형상에 대한 다양한 실시예들을 보인다.
도면을 참조하면, 나노어퍼쳐 구조체(10)는 입사광의 분포를 변화시켜 회절 한계 이하의 빔 스폿을 형성하도록 구성된다. 이를 위하여, 나노어퍼쳐 구조체(10)는 각각에 적어도 하나의 개구(h)가 구비된 복수의 금속막(12,14)을 포함하며, 복수의 금속막(12,14)은 이격되어 나란하게 배열된 구조를 갖는다. 복수의 개구(h)가 형성된 제1금속막(12)과 복수의 개구가 형성된 제2금속막(13)은 도시된 바와 같이, 거리 d 만큼 이격되어 나란하게 적층형으로 배치될 수 있다. 나노어퍼쳐 구조체(10)는 예를 들어, 기판(11) 위에 제1금속막(12), 중간층(13), 제2금속막(14)을 순차 적층함으로써 형성될 수 있다. 이 경우, 개구(h)들은 중간층(13)을 이루는 물질과 동일한 물질 또는 다른 물질로 채워질 수 있으며, 예를 들어, 유전 물질(dielectric material)로 채워질 수 있다. 나노어퍼쳐 구조체(10)는 예를 들어, 투광성 기판 위에 금속박막을 형성하고, 형성하고자 하는 개구(h) 형상으로 금속박막을 패터닝한 후, 중간층을 적층하고, 다시, 금속박막을 형성 및 패터닝의 과정을 반복하여 제조될 수 있다.
본 발명의 실시예의 나노어퍼쳐 구조체(10)는 다양한 빔 스폿 형상 및 광 강도분포를 갖는 근접장을 형성하기 위한 구조로서 제시된 것이다.
광이 금속박막에 형성된 개구를 지날 때, 투과광은 입사광의 회절 한계보다 작은 빔 스폿을 가지는 근접장을 형성하며 투과광의 강도가 매우 높아지는 것이 알려져 있다. 이러한 현상을 근접장 강화(near field enhancement)라고 하는데, 이는 개구를 이루는 금속막 표면에서 일어나는 표면 플라즈몬 여기(surface plasmon excitation)에 의한 것으로 일반적으로 이해되고 있다. 입사광의 회절 한계보다 작은 빔 스폿을 가지며 강화된 강도를 갖는 근접장은 다양한 기술 분야에 적용되는 것이 시도되고 있지만, 필요에 따라 적절한 빔 형상을 형성하는 데는 어려움이 있다. 예를 들어, 근접장이 형성하는 빔 스폿의 크기는 일반적으로 개구의 크기에 비례하는데, 개구의 크기가 작아질수록 투과광의 강도가 작아지기 때문에 작은 빔 스폿과 높은 강도를 갖는 근접장을 형성하는 것이 용이하지 않다.
본 발명의 실시예의 나노어퍼쳐 구조체(10)는 나노어퍼쳐를 3차원적으로 구성하여, 즉, 개구(h)의 형상, 배열과 함께 제1금속막(12)과 제2금속막(14) 사이의 거리(d)를 조절하여 다양한 근접장 빔 형상을 구현할 수 있다.
제1금속막(12) 및 제2금속막(14)의 재질은 표면 플라즈몬 여기(surface plasmon excitation)가 일어날 수 있도록 도전성이 높은 금속을 채용한다. 예를 들어, Cu, Al, Ni, 루세늄(ruthenium, Ru), 로듐(rhodium, Rh), 팔라듐(palladium, Pd), 백금(Pt), 은(Ag), 오스뮴(osmium, Os), 이리듐(iridium, Ir), 백금(Pt), 금(Au), 중에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 또한, 이들 중 어느 하나를 포함하는 합금으로 이루어질 수 있다. 또한, 이에 한정되지 않으며, 모든 종류의 귀금속(noble metal) 물질을 포함하여, 기타 다양한 금속을 채용할 수 있다. 나노어퍼쳐 구조체(10)로 입사된 광은 개구(h)를 통해서만 투과되고 제1금속막(12) 및 제2금속막(14)은 광을 반사시키도록 제1금속막(12) 및 제2금속막(14)의 두께는 표피두께(skin depth)보다 두꺼운 것이 바람직할 것이다.
중간층(13)의 재질은 특별히 한정되지 않는데, 이는 중간층(13)이 서브 파장 이하, 예를 들어 수 나노미터 내지 수백 나노미터의 매우 작은 두께 범위에서 형성되기 때문이다. 중간층(13)을 이루는 재질로 유전물질(dielectric material)이 채 용될 수 있을 뿐 아니라, 진성반도체나 화합물 반도체를 포함한 다양한 반도체 물질, 금속 물질, 자성물질이 채용될 수 있다.
도 1에 도시된 금속막(12,14)의 수, 금속막에 형성된 개구(h)의 수, 개구(h)의 형상이나 배열 구조는 모두 예시적인 것이다. 예를 들어, 금속막은 2개 이상의 복수개가 될 수 있으며, 개구(h)의 수도 도시된 개수에 제한되지 않는다.
개구(h)의 형상은 정방형으로 도시되었으나, 이와 다른 형상도 가능하며, 도 2a 내지 도 2d에서 도시된 바와 같이, 각각 'C'형, 나비리본(bow tie)형, 'L'형, 'X'형 형상을 가질 수 있다. 또한, 이외에도 원형이나 기타 다양한 다른 형상이 가능하다. 개구(h)의 구체적인 형상은 형성하고자 하는 빔 스폿의 형상이나 근접장 강화 효과 또는 입사광의 편광등을 고려하여 정할 수 있다. 개구(h)의 형상에 따라 투과광의 빔 분포가 다르며, 또한, 특정 편광 성분에 대해 근접장 강화 효과가 높을 수 있기 때문이다. 제1금속막(12)에 형성된 개구(h)의 형상과 제2금속막(13)에 형성된 개구의 형상이 모두 같을 수도 있고, 또한, 서로 다를 수 있으며, 제1금속막(12)에 형성된 개구(h)들의 형상이 모두 같거나, 서로 다를 수 있고, 제2금속막(14)에 형성된 개구(h)들의 형상이 모두 같거나, 서로 다를 수 있다. 또한, 제1금속막(12)에 형성된 개구(h)들과 제2금속막(13)에 형성된 개구(h)들이 동축으로 일치하게 도시되어 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 의한 나노어퍼쳐 구조체(20)의 개략적인 구조를 보이는 사시도이다. 도면을 참조하면, 나노어퍼쳐 구조체(20)는 'C'형 개구(h1)가 형성된 제1금속막(22)과, 제1금속막(22)에 형성된 'C'형 개구와 좌우가 바뀐 형상의 'C'형 개구(h2)가 형성된 제2금속막(24)을 포함한다. 제1금속막(22)과 제2금속막(24)은 거리 FB 만큼 이격되어 나란하게 배치되어 있다. 제1금속막(22)과 제2금속막(24)은 도시되지는 않았으나 중간층을 사이에 두고 적층된 구조를 가질 수 있으며, 개구(h1, h2)들이 상기 중간층과 동일한 물질 또는 다른 물질로 채워질 수 있다. 제1금속막(22), 제2금속막(24), 중간층의 재질에 대한 것은 도 1의 실시예에서 설명한 것과 같다.
이러한 구조의 나노어퍼쳐 구조체(20)는 나노어퍼쳐 구조체(20)를 투과하며 형성된 근접장의 빔 스폿 형상이 대칭적인 형상으로, 대략 원형이 되도록 FB가 정해질 수 있다. 구체적으로는 필요한 위치에, 대칭적인 빔 스폿 형상을 구현할 수 있도록 FB를 정할 수 있다. 원형의 빔 스폿은 예를 들어, 빔 스폿을 이용한 정보 기록 분야에서 양질의 기록 재생을 수행하기 위해 요구된다.
이하에서는 도 3의 나노어퍼쳐 구조체(20)를 투과한 광 분포에 대한 시뮬레이션 결과들과 함께 본 발명의 나노어퍼쳐 구조체(20)가 필요한 위치에 원하는 빔 형상을 형성하기에 적절한 구조임을 설명하기로 한다.
도 4a 내지 도 4f는 도 3의 나노어퍼쳐 구조체(20)에서 FB가 100nm인 경우에 대해 다양한 위치에서 전산 모사된 광분포도이다. 나노어퍼쳐 구조체(20)로부터의 거리가 각각 50nm, 60nm, 70nm, 80nm, 90nm, 100nm인 위치에서 투과광의 광분포도를 보이고 있다. 각각의 광분포도들로부터, y 방향 및 x 방향을 따라서 추출된 광 강도 그래프들은 가우스 함수에 대체로 잘 피팅되며 이로부터 반치폭(FWHM: full width at half maximum)을 확인할 수 있었고, 대략적으로 나노어퍼쳐 구조체(20)로 부터의 거리가 70nm에서 80nm인 위치에서 y방향의 반치폭과 z 방향의 반치폭이 거의 같은 원형에 가까운 빔 스폿 형상이 형성됨을 확인할 수 있었다.
원형에 가까운 빔 스폿 형상이 FB 값에 따라 다른 위치에서 형성되는 것을 살펴볼 수 있는데, 도 5 내지 도 7은 각각 FB가 10nm, 50nm, 100nm인 경우에 대해 y 방향(Vertical), z 방향(Horizontal)의 반치폭을 나노 어퍼쳐 구조체(20)로부터의 거리에 따라 도시한 그래프들이다.
FB가 10nm인 경우에 대한 도 5의 그래프를 살펴보면, 두 방향의 반치폭이 일치하는 지점이 100nm 이하의 위치에서 나타나지 않음을 볼 수 있다. 두 방향의 반치폭이 일치하는 위치는 나노어퍼쳐 구조체(20)로부터 수백 nm 이상의 거리에 형성될 것으로 예상되며, 근접장의 강도가 급격하게 감소되므로, 의미있는 광 강도를 갖는 원형 빔 스폿이 형성되는 것으로 보기 어렵다.
FB가 50nm인 경우에 대한 도 6의 그래프를 살펴보면, 약 105nm의 위치에서 y방향 반치폭과 z방향 반치폭이 거의 일치하는 대칭적인 빔 스폿이 형성됨을 알 수 있다.
FB가 100nm인 경우에 대한 도 7의 그래프를 살펴보면, 약 75nm의 위치에서 y방향 반치폭과 z방향 반치폭이 거의 일치하는 대칭적인 빔 스폿이 형성됨을 알 수 있다.
이와 같은 결과들로부터, 본 발명의 실시예에 의한 나노어퍼쳐 구조체(20)는 FB 값을 적절히 설정함으로써 필요한 위치에 원형에 가까운 빔 스폿 형상을 구현할 수 있음을 알 수 있다.
빔 스폿의 형상 뿐 아니라 광강도 값도 조절할 수 있는데, 도 8은 FB에 따라 광강도의 피크값을 도시한 그래프이다. 그래프를 살펴보면, FB가 대략 100nm일 때 광강도가 최대값이 되는 것을 볼 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시예에 의한 근접장 광 발생장치(100)의 개략적인 구조를 보인다. 도면을 참조하면, 근접장 광 발생장치(100)는 광원(110)과 나노 어퍼쳐 구조체(150)를 포함한다. 나노 어퍼쳐 구조체(150)는 광원(110)에서 출사된 광의 분포를 바꾸어 회절 한계 이하의 빔 스폿을 형성하는 것으로, 각각에 적어도 하나의 개구가 구비된 복수의 금속막이 서로 이격되어 나란하게 배열된 구조를 갖는다. 나노 어퍼쳐 구조체(150)는 도시된 바와 같이, 개구(h)가 형성된 제1금속막(152), 개구(h)가 형성된 제2금속막(154)이 중간층(153)을 사이에 두고 적층된 구조를 가질 수 있다. 개구(h)는 광원(110)에서 조사되는 광의 파장 이하의 크기를 갖는다. 금속막의 개수, 개구(h)의 형상이나 개수, 배치 등에 관한 사항은 도 1이나 도 3의 실시예에서 설명한 것과 실질적으로 동일하며, 근접장 광 발생장치(100)가 적용되는 분야에 따라 적절한 구조로 선택될 수 있다.
광원(110)과 나노어퍼쳐 구조체(150) 사이에는 광원(110)에서의 광을 상기 나노 어퍼쳐 구조체(150)로 가이드하는 광학계(120)가 더 마련될 수 있다. 이러한 광학계(120)는 적어도 하나의 렌즈를 포함하여 구성될 수 있으며, 예를 들어, 광원(110)에서의 광을 평행광으로 정형하는 콜리메이팅 렌즈(122)와 정형된 광을 개구(h) 쪽으로 모으는 집광렌즈(124)를 포함할 수 있다. 이러한 광학계(120)의 구성은 예시적인 것이며, 광원(110)의 위치에 따라서는 광경로전환부재나 기타 렌즈가 더 구비될 수 있다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 의한 근접장 광 발생 장치의 개략적인 구조를 보인다. 본 실시예는 광원(110)에서의 광을 나노어퍼쳐 구조체(150)로 가이드하는 광학계(120)의 구성에서 도 9의 실시예와 차이가 있다. 이러한 광학계(120)로 광도파로(126)가 채용될 수 있으며, 예를 들어, 광도파로(126)는 도시된 바와 같이 개구(h) 쪽을 향하여 폭이 좁아지도록 테이퍼진 구조를 가질 수 있다. 광도파로(126)의 이러한 형상은 예시적인 것이며, 일정한 폭을 갖는 광도파로가 렌즈와 함께 채용될 수 있으며, 또한, 광원(110)의 위치에 따라서는 굽어진 형상을 갖는 광도파로가 채용될 수도 있다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 근접장 광 발생장치(300)의 개략적인 구조를 보인다. 도면을 참조하면, 근접장 광 발생장치(300)는 광원과 나노어퍼쳐 구조체(350)를 포함한다. 나노어퍼쳐 구조체(350)는 복수의 개구(h)가 형성된 제1금속막(352), 복수의 개구(h)가 형성된 제2금속막(354)이 중간층(353)을 사이에 두고 적층된 구조를 가질 수 있다. 개구의 크기, 금속막의 개수, 개구(h)의 크기, 형상, 개수, 배치 등에 관한 사항은 전술한 실시예들에서 설명한 것과 실질적으로 동일하며, 근접장 광 발생장치(300)가 적용되는 분야에 따라 적절한 구조로 선택될 수 있다. 본 실시예는 광원으로 수직 공진기형 면발광 레이저(VCSEL; vertical cavity surface emitting laer) 어레이를 채용하고, 수직 공진기형 면발광 레이저의 발광면(320a)이 나노어퍼쳐 구조체(350)의 개구(h)와 마주하도록 배치된 구조를 갖는다. 도시된 바와 같이, 복수의 발광영역(EA)이 나노어퍼쳐 구조체(350)의 복수 의 개구(h) 각각과 마주하도록 배치될 수 있고, VCSEL 어레이(320)와 나노어퍼쳐 구조체(350)는 중간층(370)을 사이에 두고 적층된 구조를 가질 수 있다. 도면에서는 복수의 발광영역(EA)을 갖는 VCSEL 어레이(320)로 도시하였지만, 하나의 발광영역을 갖는 VCSEL로 구성되는 것도 가능하다.
도 12는 본 발명의 실시예에 의한 정보 기록 재생 장치(1000)의 개략적인 구조를 보인다. 도면을 참조하면, 정보 기록 재생 장치(1000)는 자기기록매체(MD)에 정보를 기록하거나 기록된 정보를 재생하는 것으로, 정보 자기기록매체(MD)의 소정 위치에 열에너지를 인가하는 근접장 광 발생 장치(500)와 가열된 상기 소정 위치에 자기장을 인가하는 기록헤드부(W)를 포함한다. 또한, 자기기록매체(MD)에 기록된 정보를 읽는 재생헤드부(R)를 더 구비할 수 있다.
근접장 광 발생장치(500)는 자기기록매체(MD)의 소정 기록 위치를 가열한다. 국소적으로 가열된 위치에서 자기기록매체(MD)의 보자력이 낮아지고, 자기기록매체(MD)가 A 방향을 따라 이동하여 기록헤드부(W)가 상기 가열된 위치에 자기장(H)을 인가할 때, 쉽게 자화가 일어난다.
이와 같은 기록 과정에서, 근접장 광 발생장치(500)는 자기기록매체(MD)와의 정해진 간격 위치에서 작은 빔 스폿과 높은 광 강도를 갖는 근접장을 발생시킬 수 있어야 하며, 이를 위하여, 본 발명의 실시예에 의한 근접장 광 발생장치가 채용될 수 있다. 예를 들어, 도 8 내지 도 10에서 설명한 근접장 광 발생장치(100,200,300) 중 어느 하나 또는 이들의 변형예가 채용될 수 있다.
도시된 구성에서 근접장 광 발생장치(500)가 마련된 위치는 예시적인 것이 며, 자기기록매체(MD)의 이동 속도나 기록폴의 위치, 제조공정 상의 편의에 따라 다른 위치에 마련될 수도 있다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 의한 정보 기록 재생 장치(2000)의 개략적인 구조를 보인다. 도면을 참조하면, 정보 기록 재생 장치(2000)는 광기록매체(OD)에 정보를 기록하거나 기록된 정보를 재생하기 위해 근접장 광 발생장치(700)를 포함한다. 근접장 광 발생장치(700)는 광원(110)과 광기록매체(OD)에 광원(110)에서 조사된 광의 회절 한계 이하의 빔 스폿을 형성하는 나노 어퍼쳐 구조체(150)를 포함한다. 광원(110)과 나노 어퍼쳐 구조체(150) 사이에는 광원(110)에서의 광을 나노 어퍼쳐 구조체(150)로 가이드하는 광학계(120)가 마련될 수 있다. 정보 기록 재생 장치(2000)는 또한, 정보 재생시 광기록매체(OD)로부터 반사된 광을 수광하는 광검출유닛(800)을 더 포함할 수 있다. 광검출유닛(800)은 광검출기(830)와 광을 광검출기(830)로 모으는 집광렌즈(820)을 포함할 수 있다. 또한, 광기록매체(OD)에 근접장을 조사하는 광 경로상에 광기록매체(OD)로부터 반사된 광을 광검출유닛(800) 쪽으로 분기하는 광학 부재로서, 예를 들어, 빔 스플리터(170)를 더 포함할 수 있다.
도면에서는 근접장 광 발생장치(700)의 구성으로 도 9의 실시예에서 설명한 근접장 광 발생장치(100)의 구조를 도시하고 있으나 이는 예시적인 것이고, 도 10 또는 도 11에서 설명한 근접장 광 발생장치(200,300)나 이로부터 균등 변형된 구성이 채용될 수 있다. 예를 들어, 근접장 광 발생장치에 채용되는 나노어퍼쳐 구조체(150)의 구성은 광기록매체(OD)와의 정해진 간격 위치에 필요한 크기의 빔 스폿 을 형성할 수 있도록, 또한, 가능한 원형에 가까운 빔 스폿을 형성할 수 있도록 최적화된 구성을 채용할 수 있다. 또한, 예를 들어, 도 11의 근접장 광 발생장치(300)와 같이 VCSEL 어레이(320)를 포함하는 구성이 채용될 수 있는데, 이 경우, 광기록매체(OD)상의 복수의 위치에 복수의 기록 피트를 한 번에 형성할 수 있어 기록속도가 높아질 것이다.
이상, 본원발명의 나노어퍼쳐 구조체, 근접장 광 발생장치를 정보 기록 분야에 응용한 예로서, 자기기록 분야와 광기록 분야를 적용된 구성을 설명하였지만. 이에 국한되지 않으며, 예를 들어, 광자기기록분야에 적용되는 것도 가능하다. 이 외에도, 다른 다양한 기술분야에서 적용될 수 있으며, 예를 들어, 본 발명의 실시예에 의한 나노어퍼쳐 구조체는 시료에 대해 조사광의 회절 한계보다 작은 크기의 구조에 대한 정보를 수집하는 근접장 광학 현미경의 광학 탐침으로 채용될 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 의한 근접장 광 발생장치는 광의 회절 한계보다 작은 선폭을 갖는 구조를 패터닝하는 나노 리소그라피 장치의 광원으로 노광용 광원으로 채용될 수 있다.
이상 설명한 실시예들에서, 나노 어퍼쳐 구조체는 개구가 형성된 금속막을 채용하는 것으로 설명하였다. 그러나, 이의 역상, 즉, 유전물질로 된 막에 개구가 형성되고 개구가 금속막으로 채워진 형태를 채용하여 나노 어퍼쳐 구조체를 형성하는 것도 가능하다. 나노 어퍼쳐 구조체에 개구가 형성된 금속막을 채용하거나 또는 이의 역상 형태를 채용하는 것은, 형성하고자 하는 다양한 빔 형상을 고려하여 적절히 선택할 수 있다.
이러한 본원 발명인 나노 어퍼쳐 구조체, 이를 채용한 근접장 광 발생 장치 및 정보 기록 재생 장치는 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 나노어퍼쳐 구조체의 개략적인 구조를 보이는 사시도이다.
도 2a 내지 도 2d는 도 1의 나노어퍼쳐 구조체에 채용될 수 있는 다양한 개구 형상에 대한 실시예들을 보인다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 의한 나노어퍼쳐 구조체의 개략적인 구조를 보이는 사시도이다.
도 4a 내지 도 4f는 도 3의 나노어퍼쳐 구조체에서 FB가 100nm인 경우에 대해 다양한 위치에서 전산 모사된 광분포도이다.
도 5 내지 도 7은 각각 FB가 10nm, 50nm, 100nm인 경우에 대해 거리에 따른 반치폭을 도시한 그래프이다.
도 8은 FB에 따라 광강도의 피크값을 도시한 그래프이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 의한 근접장 광 발생장치의 개략적인 구조를 보인다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 의한 근접장 광 발생 장치의 개략적인 구조를 보인다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 근접장 광 발생 장치의 개략적인 구조를 보인다.
도 12는 본 발명의 실시예에 의한 정보 기록 재생 장치의 개략적인 구조를 보인다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 의한 정보 기록 재생 장치의 개략적인 구조를 보인다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10,20,150,350...나노어퍼쳐 구조체
12,14,22,24,152,154,352,354...금속막
110...광원 320...VCSEL 어레이
13,153,353...중간층 100,200,300,500,700...근접장 광 발생 장치
1000,2000...정보 기록 재생 장치

Claims (32)

  1. 입사광의 분포를 변화시켜 회절 한계 이하의 빔 스폿을 형성하는 것으로,
    'C'형 개구가 구비된 제1금속막;
    상기 제1금속과 나란하게 이격 배치된 것으로, 상기 제1금속막에 구비된 'C'형 개구와 좌우가 바뀐 형상의 'C'형 개구가 구비된 제2금속막;
    상기 제1금속막과 제2금속막 사이에 배치된 것으로 유전물질로 이루어진 중간층;을 포함하는 나노 어퍼쳐 구조체.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 금속막 사이의 거리 및 개구의 형상은 상기 빔 스폿의 형상이 원형이 되도록 정해진 나노 어퍼쳐 구조체.
  4. 삭제
  5. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 금속막은 Al, Ni, Cu, Ru, Rh, Pd, Pt, Ag, Os, Ir, Pt, Au 중에서 선택된 어느 하나의 금속으로 이루어지거나, 이들 중 어느 하나를 포함하는 합금으로 이루어지는 나노 어퍼쳐 구조체.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 개구는 상기 중간층과 동일한 물질 또는 다른 물질로 채워진 나노 어퍼쳐 구조체.
  8. 광원;
    상기 광원에서 출사된 광의 분포를 바꾸어 회절 한계 이하의 빔 스폿을 형성하는 것으로,
    'C'형 개구가 구비된 제1금속막, 상기 제1금속과 나란하게 이격 배치된 것으로, 상기 제1금속막에 구비된 'C'형 개구와 좌우가 바뀐 형상의 'C'형 개구가 구비된 제2금속막, 및 상기 제1금속막과 제2금속막 사이에 배치되고 유전물질로 이루어진 중간층을 포함하는 나노 어퍼쳐 구조체를 포함하는 것을 특징으로 하는 근접장 광 발생 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 광원과 상기 나노 어퍼쳐 구조체 사이에 마련되어, 상기 광원에서의 광을 상기 나노 어퍼쳐 구조체로 가이드하는 광학계를 더 포함하는 근접장 광 발생 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 광학계는 광도파로를 포함하는 근접장 광 발생 장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 광학계는 적어도 하나의 렌즈를 구비하는 근접장 광 발생 장치.
  12. 삭제
  13. 제8항에 있어서,
    상기 광원은 수직 공진기형 면발광 레이저(VCSEL)이고,
    상기 수직 공진기형 면발광 레이저의 발광면이 상기 나노 어퍼쳐 구조체의 개구와 마주하도록 배치된 근접장 광 발생 장치.
  14. 삭제
  15. 제8항에 있어서,
    상기 광원은 복수의 발광영역을 갖는 수직 공진기형 면발광 레이저 어레이로 구성되고,
    상기 복수의 발광영역은 상기 나노어퍼쳐 구조체의 복수의 개구 각각과 마주하도록 배치된 근접장 광 발생 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 수직 공진기형 면발광 레이저 어레이와 상기 나노 어퍼쳐 구조체는 중간층을 사이에 두고 적층된 구조를 갖는 근접장 광 발생 장치.
  17. 삭제
  18. 제8항 내지 제11항, 제13항, 제15항, 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 나노어퍼쳐 구조체의 복수의 금속막 사이의 거리 및 개구의 형상은 상기 빔 스폿의 형상이 원형이 되도록 정해진 근접장 광 발생 장치.
  19. 삭제
  20. 제8항 내지 제11항, 제13항, 제15항, 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 나노어퍼쳐 구조체의 복수의 금속막은 Al, Ni, Cu, Ru, Rh, Pd, Pt, Ag, Os, Ir, Pt, Au 중에서 선택된 어느 하나의 금속으로 이루어지거나, 이들 중 어느 하나를 포함하는 합금으로 이루어지는 근접장 광 발생 장치.
  21. 자기기록매체에 정보를 기록하거나 기록된 정보를 재생하는 정보 기록 재생 장치에 있어서,
    상기 자기기록매체의 소정 위치에 열에너지를 인가하는 것으로,
    제8항 내지 제11항, 제13항, 제15항, 제16항 중 어느 한 항의 근접장 광 발생 장치;
    가열된 상기 소정 위치에 자기장을 인가하는 기록헤드부;를 포함하는 정보 기록 재생 장치.
  22. 삭제
  23. 제21항에 있어서,
    상기 나노어퍼쳐 구조체의 복수의 금속막 사이의 거리 및 개구의 형상은 상기 빔 스폿의 형상이 원형이 되도록 정해진 정보 기록 재생 장치.
  24. 삭제
  25. 제21항에 있어서,
    상기 나노어퍼쳐 구조체의 복수의 금속막은 Al, Ni, Cu, Ru, Rh, Pd, Pt, Ag, Os, Ir, Pt, Au 중에서 선택된 어느 하나의 금속으로 이루어지거나, 이들 중 어느 하나를 포함하는 합금으로 이루어지는 정보 기록 재생 장치.
  26. 광기록매체에 정보를 기록하거나 기록된 정보를 재생하는 정보 기록 재생 장치에 있어서,
    광원;
    상기 광기록매체에 상기 광원에서 조사된 광의 회절 한계 이하의 빔 스폿을 형성하는 것으로, 'C'형 개구가 구비된 제1금속막, 상기 제1금속과 나란하게 이격 배치된 것으로, 상기 제1금속막에 구비된 'C'형 개구와 좌우가 바뀐 형상의 'C'형 개구가 구비된 제2금속막, 및 상기 제1금속막과 제2금속막 사이에 배치되고 유전물질로 이루어진 중간층을 포함하는 나노 어퍼쳐 구조체;를 포함하는 정보 기록 재생 장치.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 광원과 상기 나노 어퍼쳐 사이에 마련되어, 상기 광원에서의 광을 상기 나노 어퍼쳐 구조체로 가이드하는 광학계를 더 포함하는 정보 기록 재생 장치.
  28. 제26항에 있어서,
    상기 광기록매체에서 반사된 광을 광검출기 쪽으로 분기하는 빔스프리터를 더 포함하는 정보 기록 재생 장치.
  29. 제26항에 있어서,
    상기 광원은 수직 공진기형 면발광 레이저(VCSEL)이고,
    상기 수직 공진기형 면발광 레이저의 발광면이 상기 나노 어퍼쳐 구조체의 개구와 마주하도록 배치된 정보 기록 재생 장치.
  30. 제26항에 있어서,
    상기 광원은 복수의 발광영역을 갖는 수직 공진기형 면발광 레이저 어레이로 구성되고,
    상기 복수의 발광영역은 상기 나노어퍼쳐 구조체의 복수의 개구 각각과 마주하도록 배치된 정보 기록 재생 장치.
  31. 시료에 대해 조사광의 회절 한계보다 작은 크기의 구조에 대한 정보를 수집하는 근접장 광학 현미경에 있어서,
    'C'형 개구가 구비된 제1금속막, 상기 제1금속과 나란하게 이격 배치된 것으로, 상기 제1금속막에 구비된 'C'형 개구와 좌우가 바뀐 형상의 'C'형 개구가 구비된 제2금속막, 및 상기 제1금속막과 제2금속막 사이에 배치된 것으로 유전물질로 이루어진 중간층을 포함하는 나노 어퍼쳐 구조체를 구비하는 광학 탐침;을 포함하는 근접장 광학 현미경.
  32. 광의 회절 한계보다 작은 선폭을 갖는 구조를 패터닝하는 나노 리소그라피 장치에 있어서,
    광원;
    'C'형 개구가 구비된 제1금속막; 상기 제1금속과 나란하게 이격 배치된 것으로, 상기 제1금속막에 구비된 'C'형 개구와 좌우가 바뀐 형상의 'C'형 개구가 구비된 제2금속막, 및 상기 제1금속막과 제2금속막 사이에 배치되고 유전물질로 이루어진 중간층을 포함하는 나노 어퍼쳐 구조체를 포함하는 나노 리소그라피 장치.
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