KR101854073B1 - 회랑 모드 기반 센서, 그를 이용하여 분자를 측정하는 장치 및 상기 회랑 모드 기반 센서의 제조 시 금속 나노 입자를 캐비티에 형성하는 방법 - Google Patents

회랑 모드 기반 센서, 그를 이용하여 분자를 측정하는 장치 및 상기 회랑 모드 기반 센서의 제조 시 금속 나노 입자를 캐비티에 형성하는 방법 Download PDF

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Abstract

회랑 모드 기반의 센서 및 그를 이용하여 분자를 측정하는 장치가 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 회랑 모드 기반의 센서는 웨이퍼, 상기 웨이퍼의 상면에 형성되는 복수의 캐비티(cavity) 및 상기 캐비티에 형성되며 분자가 흡착되는 복수의 금속 나노 입자를 포함하되, 상기 캐비티는 상기 캐비티에 근접하게 위치하며 빛이 전송되는 파이버(fiber)의 소실파(evanescent wave)가 내부로 유입되어 특정 파장의 전자기파가 공진하고, 상기 금속 나노 입자는 상기 캐비티 내에서 공진하는 특정 파장의 전자기파를 흡수하여 상기 금속 나노 입자의 표면에 상기 특정 파장의 전자기파 보다 더 큰 세기의 전자기파가 형성되는 것을 특징으로 한다.

Description

회랑 모드 기반 센서, 그를 이용하여 분자를 측정하는 장치 및 상기 회랑 모드 기반 센서의 제조 시 금속 나노 입자를 캐비티에 형성하는 방법{GALLERY MODE SENSORS, APPARATUS FOR MEASURING SINGLE PARTICLE USING THE SAME AND METHOD FOR FORMING METAL NANO PARTICLE ON CAVITY}
본 발명은 회랑 모드 기반의 센서와 그를 이용하여 분자를 측정하는 장치 및 회랑 모드 기반 센서의 제조 시 금속 나노 입자를 캐비티에 형성하는 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 금속 나노 입자를 이용하여 센서의 민감도를 높이는 기술에 관한 것이다.
회랑 모드(gallery mode) 기반의 센싱 기술은 단분자를 측정하기 위한 목적으로 활발히 연구되어 왔다.
회랑 모드 기반의 센싱 기술은 현재 연구되고 있는 여러 가지 센싱 방법 중에서도 좋은 센싱 감도를 얻을 수 있어 다양한 형태로 개발되는 추세에 있으나, 구조의 형태상, 기존의 광학 또는 전자 소자와 결합되거나 집적되기 힘들고, 응용의 측면에서 비특이적 반응을 배제하는 데에 어려움이 있어, 종래의 회랑 모드 기반 센서보다 더 높은 센싱 감도를 획득하는 데에 한계가 있다.
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 금속 나노 입자를 이용하여 회랑 모드 기반 센서의 민감도를 더욱 높이고, 분자 반응을 안정적으로 정량화할 수 있는 방안을 제공하고자 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 회랑 모드 기반의 센서는 웨이퍼, 상기 웨이퍼의 상면에 형성되는 복수의 캐비티(cavity) 및 상기 캐비티에 형성되며 분자가 흡착되는 복수의 금속 나노 입자를 포함하되, 상기 캐비티는 상기 캐비티에 근접하게 위치하며 빛이 전송되는 파이버(fiber)의 소실파(evanescent wave)가 내부로 유입되어 특정 파장의 전자기파가 공진하고, 상기 금속 나노 입자는 상기 캐비티 내에서 공진하는 특정 파장의 전자기파를 흡수하여 상기 금속 나노 입자의 표면에 상기 특정 파장의 전자기파 보다 더 큰 세기의 전자기파가 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 회랑 모드 기반의 센서를 이용하여 분자를 측정하는 장치는 웨이퍼, 상기 웨이퍼의 상면에 형성되는 복수의 캐비티(cavity) 및 상기 캐비티에 형성되며 분자가 흡착되는 복수의 금속 나노 입자를 포함하는 회랑 모드 기반의 센서, 상기 캐비티에 근접하게 위치하며 빛이 전송되는 파이버(fiber), 상기 파이버의 일측에 위치하여 상기 파이버로 빛을 전송하는 광원 제공부 및 상기 파이버의 타측에 위치하여 상기 회랑 모드 기반의 센서에 상기 분자가 흡착되었는지를 판단하는 분자 측정부를 포함하되, 상기 캐비티는 상기 파이버(fiber)의 소실파(evanescent wave)가 내부로 유입되어 특정 파장의 전자기파가 공진하고, 상기 금속 나노 입자는 상기 캐비티 내에서 공진하는 특정 파장의 전자기파를 흡수하여 상기 금속 나노 입자의 표면에 상기 특정 파장의 전자기파 보다 더 큰 세기의 전자기파가 형성되며, 상기 분자 측정부는 상기 금속 나노 입자의 표면에 분자가 흡착 시, 상기 캐비티 내에서 공진하는 특정 파장의 전자기파의 파장 변화를 이용하여 상기 분자의 흡착 여부를 판단하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 나노 입자를 캐비티에 형성하는 방법은 (a) 실리콘 웨이퍼 위에 캐비티(cavity)의 재료인 산화규소(SiO2) 층을 증착하고, 상기 산화규소 층 위에 포저티브 포토레지스트(positive photo resist, 이하 ‘Positive-PR’라 칭함) 를 증착하는 단계, (b) 전자 빔 리소그래피(E beam lithography)를 이용하여 상기 Positive-PR에 특정 패턴을 형성하는 단계, (c) 상기 특정 패턴이 형성된 Positive-PR 위에 금속 나노 층을 증착하는 단계, (d) 상기 Positive-PR 와 상기 Positive-PR 위에 증착된 금속 나노 층을 제거하여 상기 산화규소 층에 금속 나노 입자를 형성하는 단계, (e) 상기 금속 나노 입자가 형성된 산화규소 층에 네거티브 포토레지스트(negative photo resist, 이하 ‘Negative-PR’이라 칭함)를 증착하고, 목표로 하는 캐비티의 형상과 사이즈에 상응하는 마스크를 이용하여 상기 증착된 Negative-PR 중 빛에 노출되지 않는 Negative-PR 부분을 제거하는 단계 및 (f) 에칭(etching) 공정을 통해, 상기 증착된 Negative-PR 중 빛에 노출된 Negative-PR 부분 및 상기 산화규소 층 중 상기 목표로 하는 캐비티의 형상에서 불필요한 부분을 제거하여 금속 나노 입자가 형성된 캐비티를 최종 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 다른 실시예에 따른 금속 나노 입자를 캐비티에 형성하는 방법은 (a) 실리콘 웨이퍼 위에 미리 정해진 사이즈와 형상으로 형성된 캐비티(cavity)를 증착하고, 상기 캐비티 위에 포저티브 포토레지스트(positive photo resist, 이하 ‘Positive-PR’라 칭함) 를 증착하는 단계, (b) 전자 빔 리소그래피(E beam lithography)를 이용하여 상기 Positive-PR에 특정 패턴을 형성하는 단계, (c) 상기 특정 패턴이 형성된 Positive-PR 위에 금속 나노 층을 증착하는 단계 및 (d) 상기 Positive-PR 와 상기 Positive-PR 위에 증착된 금속 나노 층을 제거하여 금속 나노 입자가 형성된 캐비티를 최종 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 종래의 회랑 모드 기반 센서보다 더 높은 민감도를 제공할 수 있다.
또한, 금속 나노 입자에서 흡착 반응이 발생하게 되므로 분자 반응의 안정적 정량화가 가능하다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 회랑 모드 기반 센서를 이용하여 분자를 측정하는 시스템의 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 회랑 모드 기반 센서의 캐비티 내에서 공진하는 전자기파의 형상을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 회랑 모드 기반 센서의 구성을 단순 도식화한 것이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 캐비티의 다양한 단면 형상을 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 회랑 모드 기반 센서를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 나노 입자를 캐비티에 형성시키는 방법을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 금속 나노 입자(113)를 캐비티(112)에 형성시키는 방법을 도시한 도면이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다.
그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
또한 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 회랑 모드 기반 센서를 이용하여 분자를 측정하는 시스템의 구성을 도시한 도면이고, 도 2는 회랑 모드 기반 센서(110)의 캐비티(112) 내에서 공진하는 전자기파의 형상을 도시한 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 회랑 모드 기반 센서를 이용하여 분자를 측정하는 장치(이하 ‘분자 측정 장치’라 칭함)(100)는 회랑 모드 기반 센서(110), 파이버(120), 광원 제공부(130) 및 분자 측정부(140)를 포함할 수 있다.
참고로, 본 발명은 종래의 회랑 모드 기반 센서보다 더 높은 민감도를 제공하기 위해 회랑 모드 기반 센서(110)에 ‘금속 나노 입자’를 사용하며, 금속 나노 입자에서 분자의 특이적 흡착 반응이 발생하게 함으로써 분자 반응을 안정적으로 정량화할 수 있다.
도 1의 분자 측정 장치(100)에서, 회랑 모드 기반 센서(110)는 웨이퍼(111), 복수의 캐비티(112) 및 복수의 금속 나노 입자(113)를 포함할 수 있다.
여기서 웨이퍼(111)의 재료는 실리콘(Si)일 수 있으며, 캐비티(112)의 재료는 이산화규소(SiO2)일 수 있다.
그리고 캐비티(112)는 마이크로캐비티(microcavity)로서 그 크기는 수 십~수 백 마이크로미터일 수 있으며, 웨이퍼(111)의 상면에 복수가 일정 간격으로 배열될 수 있다. 도 1에는 하나의 캐비티(112)만을 도시하였다.
참고로, 캐비티(112)의 형상은 지지부가 존재하는 원판형(disk type)이나 구형(spherical type)일 수 있으며, 지지부가 존재하지 않은 원판형으로 구현될 수도 있다.
한편, 금속 나노 입자(113)는 캐비티(112)상에 복수가 형성될 수 있으며, 배치 형태는 균일하지 않고 랜덤할 수 있다.
또한, 금속 나노 입자(113)에는 분자의 특이적 흡착 반응이 일어나도록, 즉, 분자가 금속 나노 입자(113)에 잘 흡착되도록 화학적인 처리가 수행될 수 있다.
여기서 분자는 단분자(single particle/ single molecule)일 수 있으며, 분자의 일 실시예로서 단백질이 사용될 수 있다. 참고로, 분자는 별도의 분자 제공 노즐(미도시)로부터 제공될 수 있다.
금속 나노 입자(113)의 화학적 처리에 대한 상세한 설명은 도 3을 참조하여 후술하도록 한다.
참고로, 본 발명에서 ‘나노(nano)’는 가시 광선의 파장보다 작은 사이즈를 의미하며, 금속 나노 입자(113)의 직경은 가시 광선의 파장보다 크기가 작을 수 있다.
그리고, 금속 나노 입자(113)는 나노미터 크기를 가지기 때문에 수 십 ~ 수 백 마이크로미터의 캐비티(112)와 비교하면 매우 작을 것이나, 도 1을 비롯한 이후의 도면에서는 이해를 돕기 위해 금속 나노 입자(113)의 크기를 다소 과장하여 도시하였다.
한편, 파이버(fiber)(120)는 광 파이버(optical fiber)일 수 있으며, 회랑 모드 기반 센서(110)의 캐비티(112)에 ‘근접하게’ 위치할 수 있다.
여기서 ‘근접하다’는 것은 파이버(120)를 통해 빛이 전송될 때 파이버(fiber)(120)의 소실파(evanescent wave)가 캐비티(112) 내로 들어가서 특정 파장의 빛이 공진할 수 있는 거리를 의미할 수 있다.
그리고 캐비티(112) 내에서 공진하는 전자기파의 파장은 캐비티(112)의 직경에 따라서 결정될 수 있다.
또한, 파이버(120)의 일측에는 광원 제공부(130)가 연결되어 파이버(120)를 통해 일정 주기로 입사광을 전송할 수 있으며, 입사광의 입사 특성(예를 들어 입사 영역, 입사각, 입사 방향 등)을 변경할 수 있다.
또한, 파이버(120)의 타측에는 분자 측정부(140)가 연결되어 회랑 모드 기반 센서(110)의 금속 나노 입자(113)에 분자가 흡착되었는지를 판단할 수 있다.
구체적으로, 파이버(120)를 통해 광원 제공부(130)로부터 빛이 전송되면 파이버(120)의 내부에서 빛은 전반사로 전송된다.
이 때, 매질 사이의 경계면인 파이버(120)의 표면으로부터 바깥으로 일정 거리(예를 들어 100~200nm) 내에 ‘소실파’가 유도되며, 이 소실파가 캐비티(112) 내로 들어가게 된다.
캐비티(112) 내로 들어간 전자기파(소실파)는 캐비티(112)의 지름에 따라서 특정 파장으로 공진을 하고, 광 스펙트럼 상에서 상기 특정 파장을 제외한 다른 파장의 전자기파는 캐비티(112)를 빠져나가게 된다.
여기서 캐비티(112) 내에서 공진하는 전자기파의 파장은 캐비티(112)의 지름에 따라서 결정될 수 있으며, 도 2에 도시된 바와 같은 형상(타원의 형상)으로 공진을 하게 된다.
이와 같이 캐비티(112)의 내부 가장자리에 나타나는 타원의 형상은 캐비티(112) 내로 들어간 특정 파장의 전자기파가 캐비티(112) 외부로 빠져나가지 못하고 캐비티(112) 내의 벽에 부딪히면서 진행하여 공진하기 때문에 나타날 수 있다.
캐비티(112) 내에서 공진하지 않고 캐비티(112)를 빠져나가는 다른 파장의 전자기파는 파이버(120)의 타측에 연결된 분자 측정부(140)에서 검출될 수 있으며, 분자 측정부(140)는 상기 검출된 파장 외에 광 스펙트럼 상에서 존재하지 않는 파장을 캐비티(112) 내에서 공진하고 있는 전자기파의 파장으로 판단할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 회랑 모드 기반 센서(110)의 구성을 단순 도식화한 것이다.
도 3에서 회랑 모드 기반 센서(110)는 웨이퍼(111)상에 복수의 캐비티(112)가 배치되며, 캐비티(112)의 표면에는 금속 나노 입자(113)가 형성되고, 캐비티(112)에 근접하게 파이버(120)가 배치될 수 있다.
참고로, 회랑 모드 기반 센서(110)와 파이버(120)를 별도로 분리하여 설명하였지만, 실시예에 따라서 회랑 모드 기반 센서(110)에 파이버(120)가 포함될 수도 있다.
여기서 캐비티(112)의 표면에 형성되는 금속 나노 입자(113)에는 분자의 흡착을 위한 화학적 처리가 행해질 수 있다.
일 실시예로서, 금속 나노 입자(113)를 biotinylated PEG-thiol(Biotin-PEG-SH) 용액에 넣고 약 24시간이 경과한 후 증류수로 씻어냄으로써, 용액 속에 있는 고분자 체인(Biotin-PEG-SH)을 금속 나노 입자(113) 표면에 붙일 수 있다.
이는 상기 고분자 체인의 일측에 존재하는 thiol기(-SH)가 금속 표면에만 달라붙기 때문에 금속 나노 입자(113)에만 특이적으로 붙일 수 있으며, 상기 고분자 체인의 타측에 존재하는 biotin은 streptavidin과 특이적 결합을 할 수 있다.
이와 같은 화학적 처리를 통하여, 분자가 금속 나노 입자(113)에만 흡착되도록 하거나, 금속 나노 입자(113)에 흡착될 수 있는 가능성을 높일 수 있다.
한편, 캐비티(112)의 표면에 금속 나노 입자(113)가 형성된 상태에서 캐비티(112) 내에 특정 파장의 전자기파가 공진하는 경우, 금속 나노 입자(113)는 캐비티(112) 내에서 특정 파장으로 공진하는 전자기파를 흡수하게 되며, 이에 따라서 캐비티(112) 내에서 공진하는 전자기파의 파장에 변화가 발생하게 된다.
도 5를 참조하여 후술하겠지만, 캐비티(112) 내에서 특정 파장의 전자기파가 공진할 때 캐비티(112)의 표면에 형성된 금속 나노 입자(113)의 주변에는 국소화되는 전자기파가 발생한다. 즉, 금속 나노 입자(113)의 주변에는 더 강한 전자기파가 발생하게 된다.
결국, 전술한 화학적 처리를 통해 금속 나노 입자(113)의 표면에만 분자가 흡착되도록 하여(또한 분자의 흡착 가능성을 높이고), 국소화되는 전자기파가 발생하는 금속 나노 입자(113)의 표면에 분자가 흡착되면, 이로 인해 특정 파장으로 공진하는 전자기파의 파장에 변화가 발생하게 되며, 분자 측정부(140)는 이러한 전자기파의 파장 변화를 감지하여 분자의 흡착 여부를 민감하게 감지할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 캐비티(112)의 다양한 단면 형상을 도시한 것이다.
도 4에서, 캐비티(112)의 형상은 지지부가 존재하는 원판형(disk type)이나 구형(spherical type)일 수 있으며, 지지부가 존재하지 않은 원판형으로 구현될 수도 있다.
또한, 상부에서 하부로 갈수록 그 지름이 작아지는 역원뿔형으로 캐비티(112)가 구현될 수도 있다.
이 외에도 캐비티(112)의 형상은 실시예에 따라서 다양한 형상으로 구현될 수 있다.
그리고 복수의 캐비티(112)가 웨이퍼(111)상에 배치될 때 캐비티(112)의 직경이 모두 동일하게 구현될 수도 있고, 각 열 또는 각 행별로 직경이 서로 다르게 구현될 수도 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 회랑 모드 기반 센서(110)를 도시한 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(111)상에 복수의 캐비티(112)가 일정한 간격으로 배치될 수 있으며, 캐비티(112)에 근접하게 파이버(120)가 위치하고 있다.
여기서, 캐비티(112)에 근접하게 위치하는 파이버(120)는 도 5에 도시된 바와 같이 하나의 파이버(120)를 복수의 캐비티(112)에 근접하게 위치시킬 수도 있고, 각 캐비티(112)별로 하나의 파이버(120)를 위치시킬 수도 있다.
그리고, 캐비티(112)의 표면에 복수의 금속 나노 입자(113)가 랜덤하게 형성될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 나노 입자(113)를 캐비티(112)에 형성시키는 방법을 도시한 도면이다.
먼저, 실리콘 웨이퍼(111)상에 캐비티(112)의 재료인 산화규소(SiO2) 층을 증착하고, 그 위에 positive photo resist(이하 ‘positive PR’라 칭함)를 증착한다(S601).
참고로, positive PR는 빛에 노출된 부분이 현상(developing) 후 제거되도록 한다.
이후, 전자 빔 리소그래피(E beam lithography)를 이용하여 positive PR에 특정 패턴을 형성한다(S602).
참고로, 전자 빔 리소그래피는 얇은 PR 막으로 도금되어 있는 시료 표면을 전자선으로 주사하여 패턴을 형성하는 방식이다.
이후, 특정 패턴이 형성된 positive PR상에 금속 나노층을 증착하고(S603), positive PR와 메탈 층을 제거하여 산화규소(SiO2) 층에 금속 나노 입자를 형성한다(S604).
이후, 금속 나노 입자가 형성된 산화규소(SiO2) 층에 negative photo resist(이하 ‘negative PR’라 칭함)를 증착하고, 캐비티(112)의 형상과 사이즈에 상응하는 마스크를 이용하여 도 6에 도시된 바와 같이 빛에 노출되지 않는 부분을 제거한다(S605).
참고로, negative PR는 마스크에 의해 빛에 노출되지 않은 부분이 현상(developing) 후 제거되도록 한다.
이후, 에칭(etching) 공정을 통해, 금속 나노 입자가 형성된 캐비티(112)를 최종적으로 형성할 수 있다(S606).
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 금속 나노 입자(113)를 캐비티(112)에 형성시키는 방법을 도시한 도면이다.
참고로 도 7에서는 캐비티(112)가 미리 정해진 사이즈와 형상으로 이미 형성되어 있는 경우이다.
먼저, 실리콘 웨이퍼(111)상에 미리 정해진 사이즈와 형상으로 형성된 캐비티(112)를 증착하고, 웨이퍼(111) 위에서 사용되지 않는 소정 부분 - 캐비티(112)가 증착되지 않은 부분으로서 외곽 부분 등 - 에 금속 필름(예를 들어 얇은 띠 형태의 골드 필름)을 증착시킨 후, 캐비티(112) 위에 positive PR를 증착한다(S701).
참고로, E-beam을 이용하여 금속 나노 입자를 증착시킬 때, 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope; SEM)을 이용하여 캐비티(112)에 E-beam을 긋기 위한 초점을 맞추어야 한다.
그러나 캐비티(112)는 유전체로 이루어져있기 때문에 E-beam이 방출하는 전자가 다른 곳으로 전도되지 못하고 캐비티(112)의 표면에 머물러 있게 되며, 이런 상황에서는 캐비티(112)가 E-beam에 노출될수록 전자들끼리의 충돌이 일어나게 되는 문제가 있다.
이에, 본 발명에서는 웨이퍼(111) 위에서 사용되지 않는 소정 부분(예를 들어 외곽 부분)에 골드 필름을 증착시키고, 해당 골드 필름 위에서 초점을 맞춘 후, 이 초점을 이용하여 이후에서 설명하는 전자 빔 리소그래피(E beam lithography)를 수행할 수 있다.
참고로, 이러한 방법은 도 6의 S601에서도 적용될 수 있다.
S701 후, 전자 빔 리소그래피(E beam lithography)를 이용하여 positive PR에 특정 패턴을 형성한다(S702).
S702 후, 특정 패턴이 형성된 positive PR상에 금속 나노층을 증착한다(S703).
S703 후, positive PR와 메탈 층을 제거하여 금속 나노 입자가 형성된 캐비티(112)를 최종적으로 형성할 수 있다(S704).
참고로, 캐비티(112)의 외곽 부분은 캐비티(112) 내에서 전자기파가 공진하는 부분이므로, 금속 나노 입자는 도시된 바와 같이 캐비티(112)의 외곽 부분에 위치하는 것이 민감도를 향상시키는데 유리하다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 단분자 측정 시스템
110 : 회랑 모드 기반 센서
111 : 웨이퍼
112 : 캐비티
113 : 금속 나노 입자
120 : 파이버
130 : 광원 제공부
140 : 분자 측정부

Claims (13)

  1. 회랑 모드 기반의 센서에 있어서,
    웨이퍼;
    상기 웨이퍼의 상면에 형성되는 복수의 캐비티(cavity); 및
    상기 캐비티에 형성되며 분자가 흡착되는 복수의 금속 나노 입자
    를 포함하되,
    상기 캐비티는 상기 캐비티에 근접하게 위치하며 빛이 전송되는 파이버(fiber)의 소실파(evanescent wave)가 내부로 유입되어 특정 파장의 전자기파가 공진하고,
    상기 금속 나노 입자는 상기 캐비티 내에서 공진하는 특정 파장의 전자기파를 흡수하여 상기 금속 나노 입자의 표면에 상기 특정 파장의 전자기파 보다 더 큰 세기의 전자기파가 형성되고,
    상기 금속 나노 입자의 직경은 상기 파이버를 통해 전송되는 빛의 파장보다 크기가 작은 것을 특징으로 하는 회랑 모드 기반 센서.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 캐비티 내에서 공진하는 전자기파의 특정 파장은 상기 캐비티의 지름에 따라서 결정되는 것을 특징으로 하는 회랑 모드 기반 센서.
  3. 삭제
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 금속 나노 입자의 직경은 상기 웨이퍼상에 배열된 캐비티(cavity)의 열 또는 행별로 다른 것을 특징으로 하는 회랑 모드 기반 센서.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 분자는 상기 금속 나노 입자의 표면에만 흡착되는 것을 특징으로 하는 회랑 모드 기반 센서.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 금속 나노 입자의 표면에는
    biotinylated PEG-thiol(Biotin-PEG-SH) 용액 속의 고분자 체인(Biotin-PEG-SH)이 형성되되,
    상기 고분자 체인(Biotin-PEG-SH)은 상기 금속 나노 입자를 미리 정해진 시간 동안 상기 biotinylated PEG-thiol(Biotin-PEG-SH) 용액 속에 넣고 증류수로 씻어내어 형성되는 것을 특징으로 하는 회랑 모드 기반 센서.
  7. 회랑 모드 기반의 센서를 이용하여 분자를 측정하는 장치에 있어서,
    웨이퍼, 상기 웨이퍼의 상면에 형성되는 복수의 캐비티(cavity) 및 상기 캐비티에 형성되며 분자가 흡착되는 복수의 금속 나노 입자를 포함하는 회랑 모드 기반의 센서;
    상기 캐비티에 근접하게 위치하며 빛이 전송되는 파이버(fiber);
    상기 파이버의 일측에 위치하여 상기 파이버로 빛을 전송하는 광원 제공부; 및
    상기 파이버의 타측에 위치하여 상기 회랑 모드 기반의 센서에 상기 분자가 흡착되었는지를 판단하는 분자 측정부
    를 포함하되,
    상기 캐비티는 상기 파이버(fiber)의 소실파(evanescent wave)가 내부로 유입되어 특정 파장의 전자기파가 공진하고,
    상기 금속 나노 입자는 상기 캐비티 내에서 공진하는 특정 파장의 전자기파를 흡수하여 상기 금속 나노 입자의 표면에 상기 특정 파장의 전자기파 보다 더 큰 세기의 전자기파가 형성되며,
    상기 분자 측정부는
    상기 금속 나노 입자의 표면에 분자가 흡착 시, 상기 캐비티 내에서 공진하는 특정 파장의 전자기파의 파장 변화를 이용하여 상기 분자의 흡착 여부를 판단하며,
    상기 금속 나노 입자의 직경은 상기 파이버를 통해 전송되는 빛의 파장보다 크기가 작은 것을 특징으로 하는 분자 측정 장치.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 분자는 상기 금속 나노 입자의 표면에만 흡착되는 것을 특징으로 하는 분자 측정 장치.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 금속 나노 입자의 표면에는
    biotinylated PEG-thiol(Biotin-PEG-SH) 용액 속의 고분자 체인(Biotin-PEG-SH)이 형성되되,
    상기 고분자 체인(Biotin-PEG-SH)은 상기 금속 나노 입자를 미리 정해진 시간 동안 상기 biotinylated PEG-thiol(Biotin-PEG-SH) 용액 속에 넣고 증류수로 씻어내어 형성되는 것을 특징으로 하는 분자 측정 장치.
  10. 제7 항에 있어서,
    상기 분자 측정부는
    상기 캐비티 내로 유입되는 상기 소실파(evanescent wave) 중 상기 캐비티 내에서 공진하지 않고 빠져나가는 전자기파의 파장을 이용하여, 상기 캐비티 내에서 공진하는 전자기파의 특정 파장을 검출하는 것을 특징으로 하는 분자 측정 장치.
  11. 금속 나노 입자를 캐비티에 형성하는 방법에 있어서,
    (a) 실리콘 웨이퍼 위에 캐비티(cavity)의 재료인 산화규소(SiO2) 층을 증착하고, 상기 산화규소 층 위에 포저티브 포토레지스트(positive photo resist, 이하 ‘Positive-PR’라 칭함) 를 증착하는 단계;
    (b) 전자 빔 리소그래피(E beam lithography)를 이용하여 상기 Positive-PR에 특정 패턴을 형성하는 단계;
    (c) 상기 특정 패턴이 형성된 Positive-PR 위에 금속 나노 층을 증착하는 단계;
    (d) 상기 Positive-PR 와 상기 Positive-PR 위에 증착된 금속 나노 층을 제거하여 상기 산화규소 층에 금속 나노 입자를 형성하는 단계;
    (e) 상기 금속 나노 입자가 형성된 산화규소 층에 네거티브 포토레지스트(negative photo resist, 이하 ‘Negative-PR’이라 칭함)를 증착하고, 목표로 하는 캐비티의 형상과 사이즈에 상응하는 마스크를 이용하여 상기 증착된 Negative-PR 중 빛에 노출되지 않는 Negative-PR 부분을 제거하는 단계; 및
    (f) 에칭(etching) 공정을 통해, 상기 증착된 Negative-PR 중 빛에 노출된 Negative-PR 부분 및 상기 산화규소 층 중 상기 목표로 하는 캐비티의 형상에서 불필요한 부분을 제거하여 금속 나노 입자가 형성된 캐비티를 최종 형성하는 단계
    를 포함하되,
    상기 금속 나노 입자의 직경은 회랑 모드 센서에서 파이버를 통해 전송되는 빛의 파장보다 크기가 작은 것을 특징으로 하는 금속 나노 입자를 캐비티에 형성하는 방법.

  12. 삭제
  13. 삭제
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2000088745A (ja) 1998-09-11 2000-03-31 Tokyo Gas Co Ltd ガス計測装置およびそれを用いた呼気テスト方法
JP2004061370A (ja) * 2002-07-30 2004-02-26 Toppan Printing Co Ltd 表面プラズモン素子及びこれを用いた検査装置
JP2008525802A (ja) 2004-12-23 2008-07-17 トラスティーズ オブ プリンストン ユニバーシティ 光ファイバ共振器における表面プラズモン共鳴のキャビティ・リングダウン検出

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