KR20030020392A

KR20030020392A - 표면 플라즈몬 공진 센서용 결합 소자

Info

Publication number: KR20030020392A
Application number: KR10-2003-7000937A
Authority: KR
Inventors: 페데르센헨리크크레스텐; 티르스트룹카스텐
Original assignee: 비르 에이/에스
Priority date: 2000-07-21
Filing date: 2001-07-20
Publication date: 2003-03-08
Also published as: WO2002008800A3; JP2004505291A; WO2002008800A2; EP1269158A2; AU2001281742A1; US20020044285A1; CA2407721A1; US6646744B2; NZ523939A; CN1443305A

Abstract

본 발명은 표면 프라즈몬 공진 센서용 광학 결합 소자를 형성하는 방법 및 그 구성을 제공한다. 본 발명의 방법에 있어서, 2개의 중첩하는 단색성의 간섭성 광 비임들 사이의 간섭 패턴은 마스터 기판 상에 배치된 감광성 필름 상에 형성된다. 광 비임 중 적어도 하나는 마스터 기판으로의 경사 입사각을 가지며, 2개의 중첩하는 광 비임의 초점 지점은 광수차를 3차까지 줄이도록 위치된다. 감광성 필름을 현상한 후에 마스터 기판 상에 형성된 표면 양각 패턴은 SPR 센서 칩 상의 회절 광학 요소로서 복제된다. 광학 결합 소자로 작용하는 회절 광학 요소는 진입하는 광 비임을 40도 내지 80도의 범위 내의 경사각으로 회절시킨다.

Description

표면 플라즈몬 공진 센서용 결합 소자{COUPLING ELEMENTS FOR SURFACE PLASMON RESONANCE SENSORS}

표면 플라즈몬 공진(SPR) 센서에서, 다음과 같은 세 개의 구성요소, 즉 광원(LS), 감지 영역(SD), 및 광학 검파기들 사이의 유의적 배열 없이도 효율적이고 신뢰할만한 결합을 갖는 것이 중요하다. 상기 감지 영역(SD)은 빛과 표면 플라즈몬 사이의 상호작용이 발생하는 영역으로 정의된다. 이는 SPR 금속 피막(일반적으로 몇 10분의 1 나노미터) 및 하나 이상의 생화학적 활성 감지 영역의 슈퍼스트레이트(superstrate)를 포함한다. 상기 광원(LS)과 감지 영역(SD) 사이의 광학 결합은 입력 결합(IC)으로 정의되고, 상기 감지 영역(SD)과 광 검파기 사이의 광학 결합은 출력 결합(OC)으로서 정의된다.

SPR 센서는 상술된 5가지 구성 요소, LS, SD, OD, IC 및 OC 사이의 통합에 따라서 세 개의 주요 컨셉(A, B, C)으로 분할된다. A는 불연속 컨셉으로, 모든 5구성 요소가 기계적으로 분리되고 상기 IC와 OC가 렌즈, 거울, 광섬유, 및 필터 또는 회절 광학 요소(DOE)와 같은 광학 구성 요소의 수단에 의해 성취된다. B는 센서 칩 컨셉으로, 상기 OD 및 IC와 OC가 SPR 센서 칩에 집적되고 광전자 구성 요소인 LS 및 OD는 불연속 구성 요소이거나 동일한 전기 회로판에 장착되고, 또는 동일한 광전자 칩에 집적될 수 있다. C는 광집적 회로 센서 컨셉으로, 모든 5개의 구성 요소가 동일한 칩에 집적된다.

컨셉 A는 일반적으로 상업용 SPR 센서(예를 들면, BIA코어 및 IBIS와 같은 제품)가 주를 이루고 있다. 컨셉 A의 단점은 보통 실제 서비스를 필요로 하는 거대하고, 부피가 크고 고가의 시스템이라는 점이다. 생화학 센서에 있어서, 컨셉 C는 지난 20년 동안 상당히 많은 투자가 있었다. 일반적으로, 이러한 컨셉을 바탕으로 한 SPR 센서는 집적 LS로부터 나오는 광을 마이크로채널 내에 배치된 SD로 보내는 광학 도파관(IC 및 OC)으로 이루어지고, 집적 OD는 출력 광빔을 검파한다. 비록 완전하게 하나로 집적된 것이라기 보다는 혼합형 해결책이긴 하지만, 텍사스 인스트루먼츠(Texas Instruments)는 이러한 컨셉을 연구 개발하여 스프리타(Spreeta)라는 이름으로 출시한 SPR 시스템을 상용화 하였는데, 여기서 모든 구성 요소는 동일한 하우징 안에 집적된다(EP 0 797 090가 참고됨). 상기 스프리타 시스템은 제조 비용은 아주 적게 들지만, 생화학제를 SD 상에서 교체할 때에 하우징을 다루기가 힘들고 사용자가 모든 광학 및 전기 광학 구성 요소를 배치해야 한다는 사실이 단점이다.

본 발명은 사용자에게 친근감을 주는 컨셉 A와 단순한 광학 및 저가의 컨셉C의 장점을 가진 컨셉 B에 관한 것이다. 사실, 단지 센서 칩만이 대체되기 때문에 제조 비용이 적게 든다. 본 발명은 SPR 센서 칩에 집적된 회절 격자로서의 IC 및 OC를 형성하는 경사각(oblique angle) 홀로그래픽 방법이다. 회절 격자로서의 IC 및 OC의 형성은 LS, SD 및 OD 사이의 결합이 유의적 배열 없이도 성립될 수 있는 방법을 통해서 이루어진다. 이는 빛을 적당한 각, 초점 거리 및 초점 크기로 SD에 정확하게 지향시킬 수 있다. 특히 본 발명의 경사각 홀로그래픽 방법은 입사면으로부터 약 80°정도로 큰 회절각을 가지는 회절 격자를 형성하기에 적당하다.

SPR 검출에 있어서, SPR 필름에 대한 입사광의 각은 40°내지 80°의 범위이다. 빛을 SPR 센서 칩으로 결합시키기 위한 하나의 방법으로는 높은 인덱스 프리즘 및 인덱스 정합 겔을 사용하는 것이다(미국 특허 제5,313,264호). 본 발명에서는 인덱스 정합 겔을 제거하였고, IC와 OC로서 채용된 회절 격자가 SPR 센서 칩에 배치되었다.

상호 평행한 편평한 상부면과 편평한 배면을 가진 SPR 센서 칩에 있어서, 회절 격자의 각 회절 간격으로부터 광선을 간섭하는 회절 조건은 p 번째 격자 요소의 격자 간격 a_p를 위한 다음 방정식을 산출하였다.

여기에서, λ는 빛의 파장이고, m은 회절 차수이고, x_p및 y_i는 회절 격자의 초점과 p번째 격자 요소의 위치 사이의 수평 및 수직 거리인데, p=0이면 격자의 첫번째 요소가 되고, p=N이면 격자의 마지막 요소가 된다. p번째 격자 요소와 회절 격자 y_i의 초점 사이에 하나 이상의 빛 반사 지점(M) 있는 경우, y_i는 M+1만큼 곱해야 한다.

SPR 검출에 있어서, 광 비임의 큰 입삭각은 회절 격자의 형성에 대한 정확성을 위해서 높게 요구되고 있는 사항이다. 이는 다음의 예로부터 명백해지는데, 입력 광 비임이 670nm의 파장을 가지며, SPR 센서 칩의 기판이 1.65의 굴절 지수를 가지고(예를 들어, 폴리머 기판은 굴절 지수가 높음), SD는 1.46의 굴절 지수인 상부의 슈퍼스트레이트를 갖춘 SPR 금 피막을 포함(예를 들면, 이온 검파용 폴리머 막)하는 것으로 추정한다. 결과적으로, SPR 각은 약 73°이다. 투입 광 비임의 각 폭에 상기 각도를 포함시키기 위해서, SPR 센서 칩은 다음의, 3mm의 구멍을 통해서 얻어진 y_i=2mm, x_p=O=8mm 및 x_p=N=5mm의 크기를 가진다. 격자 주기의 수는 약 7050이고 두 개의 이웃하는 격자 요소 사이의 격자 간격에 있어서 차이는 약 (a_N-a_O)/7050=0.003nm이다. 최대 회절 효과를 위해서는, 격자의 깊이(d)가 대략적으로 반사 격자에 대하여 약 100nm이고 전도 격자에 대하여 약 800nm이다.

실제, 각 섹션에서 고정된 주기성을 가진 격자 요소의 섹션으로 구멍을 분할할 수 있어야 한다. 전체 구멍을 격자 요소의 100 섹션으로 분할하는 것은, 하나의섹션에서 이웃하는 섹션까지 격자 간격의 최소 차이는 0.3nm로 증가될 수 있다. 그러나, m=1을 위해서, 회절 격자의 형성 방법의 요구 사항이 여전히 매우 엄격해지고 있다.

다른 방법으로는, 회절 차수 m을 증가시킬 수 있고, 회절 격자의 치수를 적절하게 일정한 비율로 정할 수 있다. 한편, 큰 값의 m, 예를 들면 m > 10을 선택함으로써, 최적의 회절 격자의 성능을 위해서는 더욱 어렵다. 따라서, 저차수 회절 모드, m < 10으로 작동하는 SPR 센서 칩에 회절 격자를 정확하게 형성하는 방법의 기술이 필요하다.

회절 격자를 형성하는 방법은 많이 있다. 격자는 기판, 예를 들면 유리 위에 직접 제조되거나 아니면 성형법으로 제조되는데, 성형틀의 구조가 다른 기판, 보통 아크릴 또는 폴리카보네이트와 같은 투명 플라스틱으로 전사된다. 단일 포인트 다이아몬드 터닝과 같은 기계적 방법[P.P. Clark과 C. Londono, 광학 뉴스 15, 페이지39-40 (1989)]이 있는데, 몇 마이크로미터 정도로 작은 반경을 가진 다이아몬드 공구는 점진적으로 병진되면서 기판에 소정의 격자 프로파일을 연마한다. 더욱 조잡한 기계적 방법으로는 플런지 절단 다이아몬드 터닝[J. Futhey와 M. Fleming, 회절 광학: 설계, 제조 및 적용, 1992년 제9권 OSA 테크니컬 다이제스트 시리즈, 페이지 4-6]이 있는데, 삼각형 또는 사다리꼴 프로파일을 가진 다이아몬드가 회전되고 프로파일을 기판으로 전사한다. 이러한 방법에 의한 홈 치수는 마이크론 범위로 제한되고 구형 대칭 구조에 가장 적합하다.

가변 에너지 이-빔 석판술(variable-energy e-beam lithography)와 같은 주사 아날로그 기록 방법[E.B. Kley와 B. Schnabel, Proc. SPIE 2640, 페이지 71-80 (1995)]과, 레이저 미세 기계 가공[G.P. Behrmann과 M.T. Duignan, Appl. Optics 36, 페이지 4666-4674]이 있는데, 여기서 집속된 레이저 빔이 기판 그 자체 또는포토레지스트 위에 직접 기록한다. 또한 키노폼(kinoform)이라고 알려진 상(phase) 유일 컴퓨터 생성 홀로그램[L.B. Lesem, P.M. Hirsch, 및 J.A. Jordan Jr., IBM J. Res. Develop. 13, pp. 150-155(1969)]이 있는데, 이는 소정의 상의 대형 포맷 그레이 스케일을 인쇄하고 그리고 실질적으로 소정의 상 대상물을 생성시키기 위해 현상시키는 것으로서 에멀젼으로 인쇄물의 빛을 감소시킴으로써 제조하는 것도 있다. 석판 인쇄 방법 및 키노폼은 매우 유연한 방법이고 그들은 임의의 회절 격자를 생성시킬 수 있다. 이러한 방법들의 결점은 일반적으로 50nm-1000nm의 해상도로 석판 인쇄 공구를 주사하고 큰 영역 전면에서의 위치 설정의 정확성에 의존한다는 사실이다. 상술된 바와 같은 회절 격자를 위한 요구 사항에 의하면, 성취가능한 해상도는 충분하지 않다.

격자의 제조를 위해서는, 격자 프로파일에 대한 근사치로서 2원계 광학 구조를 형성하기 위해서 일반적으로 네 개 수준의 마스크 층을 가진 멀티마스크 사진 석판술 방법[J.D. Mansell, D.R. Neal, 및 S.W. Smith, Appl. Optics 36, pp. 4644-4647(1997)]이 있다. 회색조(grey-tone) 사진 석판술과 같은 단일 마스크 아날로그 방법[미국 특허 제5,482,800호(1996년 1월 9일)]으로, 마스크 위의 블랙 스폿의 큰 배열이 UV 노출로 포토레지스트 위에 소정의 격자 프로파일을 생성하는 소정의 회절 패턴을 만든다. 사진 석판술 방법은 구조물 전체의 노출 시간이 짧고 열 편차의 영향이 작은 장점을 가진다. 사진 석판술 방법의 해상도는 상기한 바와 같은 회절 격자의 요구 사항을 위해서 충분히 낮지 않은 보통 20nm 이상으로 제한된다.

또한, 정상파로부터 생성되는 간섭 무늬[N.K. Sheridan Appl. Phys. Lett. 12, 페이지 316-318(1968)], 파브리-피로트 간섭계로부터 생성되거나 혹은 적당한 진폭과 상의 사인 곡선의 패턴의 푸리에 시리즈의 상 위에 놓음으로써 생성되는 투과 무늬[M. Breidne, S. Johansson, L.E. Nilson 및 H. Ahlen, Opt. Acta 26, 1427(1979)]를 바탕으로 한 간섭 방법이 보고되었다. 기술적으로, 이러한 방법들은 어렵고 회절 구조의 특별한 형상으로 제한된다.

아날로그 홀로그래픽을 기록하는 방법은 동일한 레이저에서 생성하는 두 개의 빔으로부터 발생된 기판 위의 감광성 피막의 간섭 패턴을 바탕으로 하였다[E.B. Champagne, J. Opt. Soc. Am. 57, 51(1967); J. Latta, Appl. Opt. 10, 599(1971); M. Miler, I. Koudela, 및 I. Aubrecht, Appl. Opt. 38, 페이지 3019-3024(1999)].

본 발명은 표면 플라즈몬 공진(SPR: surface plasmon resonance) 센서 칩 내에 회절 광학 입출력 격자 결합기(coupler)의 제조 및 형성에 관한 것이다. 상기 SPR 센서 칩은 광학 생화학 센서 시스템에서 사용되고, 상기 SPR 센서 칩의 기능은 액상 또는 기상에서 생화학 혼합물을 측정하기 위한 것이다.

도 1은 본 발명의 방법에 의해 형성된 것으로서 SPR 센서 칩 위의 5개의 다른 형상의 회절 격자를 개략적으로 설명하고 있는 단면도로서, 도 1a 내지 도 1c는 입력 광 비임과 출력 광 비임은 수직 입사로 시준되는 것을 나타내는 것이고, 도 1d는 입력 광 비임이 0이 아닌 입사각(θ_in)으로 시준되고 출력 광 비임은 0이 아닌 출력 각(θ_out)으로 시준되는 것을 나타내는 것이고, 도 1e는 입력 광 비임이 수직 입사로 시준되고 출력 광 비임이 발산 각(θ_div)으로 발산된 것을 나타내는 것이다.

도 2는 본 발명의 방법에 의해 형성된 것으로서 SPR 센서 칩 위의 4개의 다른 형상의 회절 격자를 개략적으로 설명하고 있는 단면도이다. 입력 광 비임은 포인트 소스 또는 라인 소스로부터 발생하고 출력 광 비임은 시준된다.

도 3은 4가지 예의 기능을 가진 SPR 센서 칩에 결합된 투과 회절 격자의 상기능의 개략도로서, 도 3a는 점 광원이 점으로 화상을 형성하는 것을, 도 3b는 선 광원이 선으로 화상을 형성하는 것을, 도 3c는 시준된 광원이 점에 화상을 형성하는 것을, 도 3d 시준된 광원이 선에 화상을 형성하는 것을 도시하는 도면이다.

도 4는 회절 격자 구조체의 단면도로서, 도 4a는 격자 요소의 한정부를 도시하는 것이고, 도 4b는 SPR 센서 칩의 본체 내의 화상 지점(라인) 상의 외부 매질 내에 재구성 지점(선)을 화상 표시하는 전달 회절 격자를 나타내는 것이고, 도 4c는 SPR 센서 칩의 본체 내측에 있는 화상 지점(선) 상에 재구성 지점(선)을 화상 표시하는 반사 회절 격자를 도시하는 것이고, 도 4d는 SPR 센서 칩의 본체 내에 있는 화상 지점(선) 상의 외부 매질에 조준선을 화상 형성하는 전달 회절 격자를 도시하는 것이고, 도 4e는 SPR 센서 칩의 본체 내측에 있는 회상 지점(선) 상에 조준선을 화상 형성하는 반사 회절 격자를 도시하는 것이다.

도 5는 도 1c의 제1 전달 회절 격자(8)를 형성하는 경사각 홀로그래픽 방법의 개략도로서, 기록 파장은 유효 재구성 파장과 동일한 것으로 가정한 것이다.

도 6은 도 5에 예시된 방법으로 형성된 전달 회절 격자의 기능에 대한 개략도이다.

도 7은 도 1b의 제1 반사 회절 격자(2)를 형성하는 경사각 홀로그래픽 방법의 개략도로서, 기록 파장은 유효 재구성 파장과 동일한 것으로 가정한 것이다.

도 8은 도 7에 예시된 방법으로 형성된 반사 회절 격자의 기능에 대한 개략도이다.

도 9는 도 1c의 제1 전달 회절 격자(8)를 형성하는 경사각 홀로그래픽 방법의 개략도로서, 기록 파장과 유효 재구성 파장이 서로 다르며, 도 5와 비교할 때에는 기록 파에 대해서 위치 보상 및 각도 에너지 분포의 보상이 이루어져야 하는 것이다.

도 10은 도 1b의 제1 반사 회절 격자(2)를 형성하는 경사각 홀로그래픽 방법의 개략도로서, 기록 파장과 유효 재구성 파장이 서로 다르며, 도 7과 비교할 때에는 기록 파에 대해서 위치 보상 및 각도 에너지 분포의 보상이 이루어져야 하는 것이다.

도 11은 본 발명의 방법에 의해 형성된 입력 광 비임에 대한 보정 표시(7, 7')를 갖는 SPR 센서 칩의 개략도로서, 도 11a는 선 A-A를 따라서 도시한 단면도이고, 도 11b는 SPR 센서 칩의 평면도이다.

본 발명의 방법은 아날로그 홀로그래픽 방법을 바탕으로 한 것으로, 적어도 하나의 광 비임은 기판 위에서 경사진 입사각을 구비하고 간섭 패턴은 SPR 센서 칩으로 전달된다. 또한, 광 비임은 렌즈와 같은 초점 광학의 수단에 의해 집중되고 포토레지스트와 같은 감광성 피막 위에 빛 간섭 패턴을 생성시키기는 방법을 통해서 겹쳐지고, 포토레지스트를 현상한 후에, 표면 양각 패턴이 생성되고 IC를 형성하기 위해 SPR 센서 칩으로 전달된다. IC 위에 입사된 입력 광 빔은 SPR 각을 포함하는 각에서 SD를 향하여 지향되고 집중된다. 유사하게, 본 발명에서 사용되고 있는 방법은 SPR 센서 칩의 OC를 생성시킨다.

본 발명의 방법은 3차수까지 광수차를 감소시키기 위해서 두 개의 겹쳐진 광비임의 초점을 위치시키는 절차를 추가로 포함한다.

회절 격자를 형성하는 다른 방법과는 대조적으로, 본 발명의 방법은 상기에 언급된 바와 같이, SPR 센서의 IC 및 OC의 형성의 정확도에 대한 요구에 부응한다.

본 발명의 목적은 입력 광 비임을 40°보다 큰 각으로 한정된 경사각에서 검출 영역으로 지향시켜서 집중시키는 입력 광학 결합기로서 SPR 센서 칩 위에 회절 격자를 형성하는 방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 검출 영역에서 광 검파기로 반사된 광 비임을 지향시키고 시준하는 출력 광학 결합기로서 SPR 센서 칩 위에 회절 격자를 형성하는 방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 회절 격자가 SPR 센서 칩의 일면의 소정 패턴 위에 공지된 각도 에너지 분포를 가진 광원을 비추어서 회절 격자를 형성하는 방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 회절 격자의 두 개의 회절 요소 사이의 격자 간격의 최소 차이가 나노미터 범위, 심지어는 서브나노미터 범위에 있게 함으로써 회절 격자를 형성하는 방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 극도의 열적 불안정의 영향을 피하도록 하기 위하여 기록 공정을 통해서 회절 격자를 빠르게 생성시켜서 회절 격자를 형성하는 방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 본래 회절 격자를 형성하는 데 부정확성을 증가시키는 기계적 주사를 불필요하게 함으로써 회절 격자를 형성하는 방법을 제공하기위한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 수차가 3차수까지 감소될 수 있도록 소정 위치에 두 개의 레이저 빔의 초점을 위치시킴으로써 회절 격자를 형성하는 방법을 제공하기 위한 것이다.

제1 양태에서의 본 발명은, 제1 회절 광학 요소를 형성하기 위해서, 표면 플라즈몬 공진 센서의 부품을 형성하도록 되어 있는 실질적으로 투명한 부재의 실질적으로 평면인 표면 상에 복제되도록 한 제1 표면 양각 패턴을 형성하는 방법에 관한 것으로, 본 발명의 방법은,

실질적으로 평면인 표면을 갖는 마스터 기판을 제공하는 단계와,

상기 마스터 기판의 실질적으로 평면인 표면 상에 감광성 재료 층을 마련하는 단계와,

제1 전자기 방사파와 제2 전자기 방사파 사의의 교차점에서 공간 중첩에 의해 생성된 제1 간섭 패턴에 상기 감광성 층이 노출될 수 있도록 제1 전자기 방사파와 제2 전자기 방사파에 감광성 층을 노출시키는 단계를 포함하고,

감광성 층의 위치에서의 상기 제1 전자기 방사파는 제1 평균 전파 벡터를 가지고,

감광성 층의 위치에서의 상기 제2 전자기 방사파는 제2 평균 전파 벡터를 가지고, 상기 제1 전자기 방사파와 제2 전자기 방사파 사이의 교차점에서 상기 제1 평균 전파 벡터와 제2 평균 전파 벡터가 각을 이루며,

상기 제1 평균 전파 벡터와 제2 평균 전파 벡터 사이의 각은, 상기 실질적으로 투명한 부재의 실질적으로 평면인 표면에 복제된 상기 제1 회절 광학 요소 상에 진입 전자기 방사파가 입사할 때의 진입 평균 전파 벡터와 회절 평균 전파 벡터 사이의 최소 각도가 40도보다 크도록 하는 방식으로 진입 평균 전파 벡터를 갖는 진입 전자기 방사파의 전파 방향을 변경할 수 있도록, 선택된 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 본 발명의 제1 양태에 따른 방법은,

마스터 기판을 감광성 층을 보유하는 표면에 대한 법선을 중심으로 약 180도 회전시키는 단계와,

제1 전자기 방사파와 제2 전자기 방사파 사의의 교차점에서 공간 중첩에 의해 생성된 제2 간섭 패턴에 상기 감광성 층이 노출될 수 있도록 제1 전자기 방사파와 제2 전자기 방사파에 감광성 층을 노출시키는 단계에 의해서, 마스터 기판의 실질적으로 평면인 표면 상에 제2 표면 양각 패턴을 형성하는 단계를 더 포함하고,

상기 제1 평균 전파 벡터와 제2 평균 전파 벡터 사이의 각은, 제2 회절 광학 요소로서의 상기 실질적으로 투명한 부재의 실질적으로 평면인 표면에 복제된 제2 표면 양각 패턴의 복제 패턴 위로 진입 전자기 방사파가 입사할 때의 진입 평균 전파 벡터와 회절 평균 전파 벡터 사이의 최소 각도가 40도보다 크도록 하는 방식으로 진입 평균 전파 벡터를 갖는 진입 전자기 방사파의 전파 방향을 변경할 수 있도록, 선택된 것을 특징으로 한다.

대부분의 실제 상황에서, 제1 전자기 방사파와 제2 전자기 방사파는 실제로 동일한 파장을 가진다. 사실, 제1 전자기 방사파와 제2 전자기 방사파는 HeCd 레이저, Kr-레이저, 엑시머(excimer) 레이저, 또는 반도체 레이저와 같은 레이저 원을 포함하는 동일한 광원에 의해 방사될 수 있다. 제1 전자기 방사파와 제2 전자기 방사파와 입입하는 전자기 방사파는 대상파, 기준파, 재구성파로 특징된다.

제1 양상에 따른 방법은 감광성 층을 현상하는 단계를 추가로 포함한다.

마스터 기판 그 자체는 감광성 층이 실제 투명 부재 위에 직접 제공, 예를 들면 스핀 코팅에 의해 제공되도록 실제 투명 부재를 구성한다. 이러한 상황에서, 본 발명의 방법은 실제 투명 부재의 실제 평면 표면에 제1 및 제2 표면 양각 패턴을 복제하기 위해서 감광성 층의 전기 희생-층-에칭(sacrificial-layer-etch)을 실행하는 단계를 추가로 포함한다. 감광성 층의 전기 희생-층-에칭을 실행하는 단계는 이온 밀링, 화학적으로 조장 방식의 이온 빔 에칭 또는 반응성 이온 에칭에 의해 성취된다.

만일 실제 투명 부재가 마스터 기판을 구성하지 않는다면, 본 발명의 제1 양상에 따른 방법은 상기 제1 및 제2 표면 양각 패턴의 추가 복제를 위해서 제1 및 제2 표면 양각 패턴의 네거티브 금속 마스터를 형성하는 단계를 추가로 포함한다. 바람직하게 금속 마스터는 니켈 마스터이다.

추가 복제는 열간 엠보싱을 사용한 네거티브 금속 마스터로부터 제1 및 제2표면 양각 패턴을 복제함으로써 성취될 수 있다. 다른 방법으로, 추가 복제가 사출 성형을 사용한 네거티브 금속 마스터로부터 제1 및 제2 표면 양각 패턴을 복제함으로써 성취된다. 마지막 다른 방법으로서, 추가 복제가 사출 압축 성형을 사용하여 네거티브 금속 마스터로부터 제1 및 제2 표면 양각 패턴을 복제함으로써 성취될 수 있다. 금속 층은 표면 양각 패턴으로 복제된 회절 광학 요소의 상부에 제공된다. 적절한 재료로는 알루미늄, 금, 은 등의 재료들이 있다.

본 발명의 제1 양태에 따른 방법을 적용할 때, 제1 전자기 방사파의 초점 지점과 제2 전자기 방사파의 초점 지점은, 다음의 절차, 즉

- x가 간섭 패턴의 선들에 대해 수직인 방향이고, λ_record가 기록 파장이고, θ₁이 제1 전자기 방사파의 입사각이고, θ₂가 제2 전자기 방사파의 입사각일 때, 다음과 같이 정의된 기록 격자 간격의 식을 x값에 있어서 3차까지 확장시키는 절차;

- λ_read가 재구성 진공 파장이고, n_g가 실질적으로 투명한 부재의 굴절 지수이고, θ₁이 입사하는 전자기 방사파의 입사각이고, θ₂가 회절하는 전자기 방사파의 회절각일 때, 다음과 같이 정의된 재구성 격자 간격의 식을 x값에 있어서 3차까지 확장시키는 절차; 그리고

- x_centre가 간섭 패턴의 중앙 위치이고, A₀, A_1,A_2,및 A₃각각이 a_record(x)와 a_read(x)의 제1, 제2, 제3, 및 제4 팽창 계수들 간의 차라고 할 때, 제1 전자기 방사파의 초점 위치와 제2 전자기 방사파의 초점 위치에 대하여 다음의 식을 최초화하는 절차

에 따라서 위치된다.

제2 양태의 본 발명은 표면 플라즈몬 공진 센서용 결합 소자에 관한 것으로, 본 발명에 따른 표면 플라즈몬 공진 센서용 결합 소자는,

소정의 방향으로 단색성으로 증가하는 간격을 갖는 격자 구조체를 포함하는 회절 광학 요소를 포함하고,

상기 회절 광학 요소는 제1 평균 전파 벡터를 갖는 진입 전자기 방사파를 제2 평균 전파 벡터를 갖는 회절 전자기 방사파 안으로 회절시키도록 구성되고,

상기 회절 광학 요소가 고형의 실질적으로 투명한 부재의 표면의 일부를 형성하고,

제1 평균 전파 벡터와 제2 평균 전파 벡터 사이의 최소 각이 40도 이상이 되도록 제2 평균 전파 벡터에 의해 한정된 전파 방향이 제1 평균 전파 벡터에 의해한정된 전파 방향과는 다른 것을 특징으로 한다.

격자 구조는 투과 격자 구조, 또는 다른 방법으로는 반사 격자 구조를 형성한다. 회절 광학 요소는 인입하는 전자기 방사파를 집중시키기 위해 적용될 수 있다. 다른 방법으로, 회절 광학 요소는 전자기 방사능의 발산파를 시준하기 위해 적용될 수 있다.

회절 광학 요소는 하나 이상의 조준 마크를 추가로 포함하고, 상기 하나 이상의 조준 마크는 빗나가는 격자 구조체를 갖는 영역이다.

이하에서는 첨부된 도면들을 참고하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

도1은 본 발명의 방법에 의해 형성된 SPR 센서 칩 상의 5가지 다른 구성의 회절 격자의 단면도이다. 도 1a에서, SPR 센서 칩은 투명 재료(1), 제1 반사 회절 격자(2), 제2 반사 회절 격자(3), 상부에 초강성(superstate)의 감지 영역을 갖는 SPR 금속막을 포함하는 감지 영역(4), 및 SPR 센서 칩 센서 칩의 배면에 있는 거울(5)을 포함한다. SPR 센서 칩으로 입력되는 것은 실질적으로 조준된 광 비임이고, 출력 광 비임도 역시 실질적으로 조준된 광 비임이다. 광원은 반도체 레이저와 같은 단색 광원일 수 있으며 발광 다이오드와 같은 협대역 광원일 수도 있다. 회절 격자 안으로 들어오는 광대역 파장의 광에 의해 야기되는 분산 효과를 줄이기 위해서, 광대역 발광을 하는 발광 다이오드를 좁은 대역폭의 필터와 결합시킬 수있다. 검파기는 포토다이오드(photodiode), 포토다이오드 열, 전하 결합 소자(charge-coupled-device), 상보형 금속 산화물 반도체 화상 센서 등으로 할 수 있다. 거울(5)은 금속상 금, 은, 알루미늄 등으로 하거나, 아니면 SPR 센서 칩 기판의 표면과 그를 둘러싸는 매질, 통상적으로는 공기, 사이의 노출된 계면으로 할 수 있다.

도 1a의 SPR 센서 칩의 기능은 다음과 같다. 제1 회절 격자(2)는 입사 광 비임이 거울(5)을 거쳐서 감지 영역 상에 초점 형성되게 하며, 제2 회절 격자는 상기 광 비임을 출력 조준광 비임으로 변환시킨다. 도 1b는 거울이 없는 선택적인 구성으로서, 감지 영역은 입력광 비임 및 출력광 비임과 동일한 측면에 있다.

도 1c는 변환 회절 격자를 구비하는 구성이다. SPR 센서 칩은 투명 재료(1), 제1 전달 회절 격자(8), 제2 전달 회절 격자(9), 및 감지 영역(4)을 포함한다. SPR 센서 칩으로 입력되는 것은 실질적으로 조준된 광 비임이고, 출력 광 비임도 역시 실질적으로 조준된 광 비임이다. 제1 전달 회절 격자(8)는 입력 광 비임을 감지 영역(4) 아래의 지점이나 선에 초점 형성시킨다.

도 1d는 선택적인 구성을 도시하는 것으로, 여기서 각도(θ_in)를 갖는 입력 광 비임은 회절 격자(8')으로 입사되고, 각도(θ_out)를 갖는 출력 광 비임은 회절 격자(9') 밖으로 나간다. 도 1d의 각도 θ_in은 회절 격자(8') 상으로 입사하는 외삽 선(extrapolated ray)이 센서 칩 위에서 대칭 면 또는 대칭 축(10)과 교차하는 경우에는 양(+)으로 정의된다. 상기 외삽선이 센서 칩 아래에서 대칭 축(10)과 교차하는 경우, 상기 각도 θ_in은 음(-)으로 정의된다. 도 1d의 각도 θ_out는 회절 격자99')로부터 회절되는 외삽 선이 센서 칩 위에서 대칭 면 또는 대칭 축(10)과 교차하는 경우에는 양으로 정의된다. 상기 외삽 선이 센서 칩 아래에서 대칭 축(10)과 교차하는 경우, 상기 각도 θ_out는 음으로 정의된다. 도 1d의 도면은 상기 각도θ_in과 각도 θ_out이 모두 양인 경우를 도시하는 것이다.

도 1의 격자에 있어서, 2개의 1차 회절파, +1과 -1이 있지만, 우위의 1차 회절파만이 도시되어 있다. 도 1d에서 SPR 센서 칩 상의 격자(8')과 격자(9')의 최적 회절 효율은 각도 θ_in과 각도 θ_out이 모두 음이 되어서 1차 회절파들 중 하나가미미한 파장을 산출해내기에 충분한 경우에 달성된다. 이어서 대부분의 회절 광 에너지가 다른 1차 회절파에서 발생하여서 100%에 근접한 회절 효율이 달성된다. 통상적으로, 광이 수직으로 입사하는 도 1a 내지 도 1c에 있어서의 회절 격자 구조에 있어서, 회절 효율은 상당히 낮아진다(40%까지). 도 1a 내지 도 1c의 구성과 비교할 때에 도 1d의 각도 θ_in과 각도 θ_out이 음인 구성에 의한 보다 높은 회절 효율의 이점은 광원(LS)과 (LD)를 보다 복잡하게 장착하는 데 있어 불리한 점을 감수하고 그리고 센서 칩을 광원(LS)과 광 검파기(LD)에 비해서 보다 유의적으로 정렬시켜야 얻어진다. SPR 센서에 있어서, LS로부터 얻을 수 있는 광 에너지는 일반적으로 충분해서 격자 효율을 완전하게 최적화시킬 필요가 없다.

도 1e는 입력 광 비임이 조준되었지만 격자(3')는 출력 광 비임이 센서 칩으로부터 약간 다르게 하는 방식으로 제조된 구성을 도시하는 것이다. 그 목적은SPR 센서 칩의 감응성을 최적화하기 위한 것이고, 발산 각도는 출력 비임 크기가 검파기 열의 크기와 일치하도록 하기 위하여 선택된다. 굴절 효과로 인해서, 발산 각도 θ_div는 센서 칩이 충분히 잘 작동하는 것을 방지할 정도로 과도하게 커서는 안 된다. 다른 구성에 있어서, 감응성은 출력 비임 크기가 검파기 열의 크기와 일치하도록 하기 위하여 유한 수렴 각도를 갖게 함으로써 보다 용이하게 최적화된다. 기타의 구성은 출력 격자가 유한 발산 각도나 혹은 유한 수렴 각도를 갖는 투과 격자가 되는 경우의 센서 칩을 포괄한다. 수렴 각도 또는 발산 각도의 크기는 0° 내지 20°의 범위에 있다.

도 2는 본 발명의 방법에 의해 형성된 SPR 센서 칩 상의 4가지 추가적인 회절 격자의 구성의 단면도이다. 도 2a 내지 도 2d의 구성에 있어서, 입력 광 비임은 조준되지 않지만, 점 광원이나 선 광원으로부터 유래된다. SPR 센서 칩은 투명 재료(1), 제1 반사 회절 격자(2), 제2 반사 회절 격자(3), 감지 영역(4), 거울(5), 및 시준계로서 기능하는 집합 렌즈(6)를 포함한다. 도 2a에서의 SPR 센서 칩의 기능은 다음과 같다. 점 광원이거나 선 광원인 입력 광 비임은 집합 렌즈(6)를 거쳐서 조준되고, 제1 회절 격자(2)는 광 비임을 감지 영역 상에 초점 형성시키며, 제2 회절 격자는 광 비임을 조준하여서 출력 광 비임으로 변환시킨다. 도 2b는 거울이 없고 감지 영역(4)이 입력 및 출력 광 비임과 동일 측면에 위치한 선택적인 구성이다.

도 2c는 전달 회절 격자를 구비하는 구성이다. SPR 센서 칩은 투명 재료(1), 제1 전달 회절 격자(8"), 제2 전달 회절 격자(9"), 및 감지 영역(4)을 포함한다. SPR 센서 칩으로 입력되는 것은 실질적으로 점 광원이거나 선 광원이고, 제1 전달 회절 격자(8")은 입력 광 비임을 감지 영역(4) 아래의 점 또는 선 상에 초점 형성시키고, 제2 회절 격자(9")는 광 비임을 SPR 센서 칩을 빠져나가는 출력 광 비임으로 변환시킨다. 도 2c에서, 입력 광 비임의 중심과 출력 광 비임의 중심은 회절 격자(8", 9") 각각에 대해 수직을 이룬다. 도 2d는 입력 광 비임의 중심과 출력 광 비임의 중심이 회절 격자(8", 9") 각각에 대해서 0이 아닌 다른 각도를 나타내는 또 다른 구성을 타나내는 것이다.

도 3은 네 가지의 기능의 예, 즉 (a) 점 광원이 점에 화상을 맺는 기능, (b) 선 광원이 선에 화상을 맺는 기능, (c) 조준된 광원이 점에 화상을 맺는 기능, 그리고 (d) 조준된 광원이 선에 화상을 맺는 기능을 갖고 있는 SPR 센서 칩 상에 통합된 전달 회절 격자들의 화상 형성 기능을 도시하는 것이다. 본 발명은 입력 광 비임의 이미 알려진 각도 에너지 분포가 SPR 센서 칩 상에서 한 점에, 일렬의 점들에, 한 지점에, 일렬의 지점에, 한 선에, 일렬의 선분에, 곡선에, 혹은 일렬의 곡선분에 화상을 형성할 수 있는 전달 회절 격자의 도 다른 구성도 포함한다. 반사 회절 격자들은 유사한 기능들을 갖는다.

도 4는 본 발명에 따른 회절 격자 구조체의 단면도이다. 도 4a에, 격자 요소의 정의가 예시되어 있는데, a₀는 X_p=0에 위치한 제1 격자 요소이고, a_p는 X_p에 위치한 p번째 격자 요소이고, a_N은 X_p=N에 위치한 마지막 격자 요소이다.

도 4b는 도 3a 및 도 3b로부터 유래한 전달 회절 격자의 단면도를 도시하고있다. 굴절 지수가 n_c인 외부 매질(통상적으로 공기) 내의 재구성 지점(x_c,y_c)은 굴절 지수가 n_i인 SPR 센서 칩의 본체에 있는 화상 지점(x_i,y_i) 상에서 화상 형성된다. 도 4c는 대응하는 반사 회절 격자의 단면도를 도시하고 있다. 굴절 지수가 n_i인 SPR 센서 칩의 본체에 있는 재구성 지점(x_c,y_c)은 SPR 센서 칩의 본체에 있는 화상 지점(x_i,y_i) 상에서 화상 형성된다.

화상 지점, 재구성 지점, 및 격자 요소가 도 4에서 정의된 것과 동일한 x-y 평면에 위치하는 것으로 가정하면, 도 4b의 전달 회절 격자나 도 4c의 반사 회절 격자용의 격자 공간은 다음 식에 의해 결정된다.

여기서, 모든 값은 양의 값이다. 상기 식(2)은 스칼라 형태이지만 화상 지점, 재구성 지점, 및 격자 요소가 동일한 x-y 평면 상에 위치하지 않는 경우를 고려하면 벡터 형태로 쉽게 수정할 수 있다.

도 4d는 도 3c 및 도 3d로부터 유래한 전달 회절 격자의 단면도를 도시하고 있다. 굴절 지수가 n_c인 외부 매질(통상적으로 공기) 내의 조준된 재구성 광 비임은 굴절 지수가 n_i인 SPR 센서 칩의 본체에 있는 화상 지점(x_i,y_i) 상에서 화상 형성된다. 도 4e는 대응하는 반사 회절 격자의 단면도를 도시하고 있다. 굴절 지수가 n_i인 SPR 센서 칩의 본체에 있는 조준된 재구성 광 비임은 SPR 센서 칩의 본체에있는 화상 지점(x_i,y_i) 상에서 화상 형성된다. 도 4d 및 도 4e에 예시된 격자에 대한 격자 주기 식은 식(1)으로 주어진다. 이는 y_c-> ∞또는 x_c-> x_p로 설정하면 식(2)으로부터 유도된다.

회절 격자를 특성화하기 위해, 식(1) 및 식(2)은 무차원 매개 변수(a_pn_g/mλ)의 항으로 나타낼 수 있다. 즉, 식(1)은 다음과 같이 표현된다.

식(2)는 다음과 같이 표현된다.

여기서, 회절 격자 매개 변수(x_p/t), (x_c/t), 그리고 (y_c/t)[도 4 참조」는 y_i에 대해서 정상화된다. SPR 센서 칩에 있어서, SPR 각도는 0.8 <(x_p/y_i)< 6을 의미하는 40° 내지 80°의 각도 범위에 있다. 식(3)에 따른 조준된 입력 광 비임을 가정하면, 무차원 매개 변수 a_pn_g/mλ의 상응하는 변화는 1.6에서부터 1.0까지이다. 회절 격자로의 입력 광 비임이 오히려, 감지 영역에 결합된 중심 각도 73°가 x_c/t = 3.4에 상응하고 통상의 각도 이격 분포가 35°인 회절 격자의 중심 아래에 위치하는 점 광원/선 광원으로부터 기인한다고 가정하면, 매개 변수 (y_c/t)는 3.7이고, 식(4)는 무차원 매개 변수의 20에서 0.6까지의 변화를 야기한다.

도 1c의 제1 전달 회절 격자를 형성하는 경사각 홀로그래픽 방법이 도 5에 도시되어 있는데, 이 경우에 있어, 기록 파장은 재구성 유효 파장(즉, SPR 레이어를 조명하는 광의 파장)과 동일하다. 도 6에는, 전달 회절 격자의 기능이 예시되어 있다. 도 5 및 도6은 도 3c 내지 도 3d의 회절 격자 구성과 관련된 것이지만, 본 발명의 방법은 이들 경우에만 제한되지 않는다. 유리 등의 마스터 기판(11)은 그 면의 제 1 표면이 두께 0.5 내지 3㎛의 네가티브 포토레지스트 필름과 같은 감광성 필름(12)으로 스핀 코팅된다. 감광성 필름은 UV 램프로 통상적으로는 수 초 동안 사전에 노출되는데, 이는 이후의 홀로그래픽 기록 공정에서의 선형 체제를 얻기 위함이다.

감광성 필름은 하나의 파장을 발생시키는 동일한 단색성의 간섭성 광원으로부터 유래하는 2개의 중첩하는 광파장에 의해 동시에 조사되는데, 여기서 폴리머 감광성 필름은 폴리머 내의 구조적 변화에 민감하다. 단색성의 간섭성 광원은 HeCd 레이저, Kr 레이저, 또는 엑시머 레이저와 같은 가스 레이저가 바람직하지만, 충분한 품질의 반도체 다이오드 레이저도 사용될 수 있다. 대상파라고 하는 하나의 광파는 경사각 아래에서 소정의 초점 지점(14)에 초점이 맞추어지며 도 5에서의 광선(18)에서 광선(20)까지의 각도 범위에 있는 광선으로 이루어진 광파이다. 광선(18)으로부터 마스터 기판(11)을 때리는 광선(20)까지의 굴절 효과로 인하여, 초점의 위치는 마스터 기판의 존재에 의해 변동될 수 있다. 따라서, 초점 지점(14)은 그 지점이 광선(18)과 마스터 기판(11) 안으로 연장되는 광선(20)까지 사이의 교차점에 지점이 위치할 때에 얻어진다. 초점 지점(14)은 마스터 기판과 감광성 필름과 둘러싸는 매질의 굴절 지수들이 동일한 경우라면 광선(18 내지 20)들의 초점 지점과 동일하다.

도 5의 광선(15 내지 17)을 갖는 기준파라고 하는 제2 광파는 재구성파, 즉 입력 조준 광 비임의 소정의 방향과 동일한 방향으로 SPR 센서 칩으로 조준되어 입사된다. 감광성 필름은 대상파와 기준파를 중첩시킴으로써 노출되어서 적절한 노출 시간 동안에 간섭 패턴(21)을 형성하고, 이로써 회절 격자의 정확한 깊이가 확보되며 회절 효율이 최적화된다. 노출 시간은 회절 격자의 정확한 깊이를 확보하기 위하여 조정된다. 네가티브 포토레지스트 쉬플리(Shiply) S1828과 같은 통상의 감광성 필름은 대상파 및 기준파의 파장인 442nm에서 총 광 강도 약 5W/m²로 노출되는데, 그 노출 시간은 30 내지 50초이다. 후속하여 감광성 필름은 현상되어서 양각 패턴을 형성하고 이 양각 패턴은 도 6에 도시된 바와 같은 복제 기판(11') 상에 전달 회절 격자(21')을 형성하도록 전사된다. 전달 회절 격자는 도 5의 간섭 패턴(21)의 중심에 대하여 초점 지점(14)의 위치와 동일한 회절 격자(21')의 중심으로부터의 위치를 실질적으로 갖는 도 6의 초점 지점(25) 쪽으로 전달 회절 격자(21') 상에서 입사하는 광선(22 내지 24)을 갖는 조준된 재구성 광 비임으로 지향되어서 초점이 맞추어지는 바람직한 특성을 갖는다.

대상파는 입사 경사각 아래에서, 통상적으로 10° 내지 20°의 각도 범위에서 감광성 필름의 평면을 조사하는데, 그 입사 각도 θ_c는 SPR 센서 칩의 SPR 각도에 근접하며 40°내지 80°범위에 있다. 입사 경사각은 대상파의 광 강도가 감광성 필름의 노출 영역을 가로질러서 상당히 변화하게 한다. 이는 대상파의 초점 지점으로부터 감광성 필름의 평면까지의 거리에 있어서의 변화, 감광성 필름 상으로입사하는 대상파의 각도 분포, 그리고 감광성 필름으로부터의 반사 각도 의존성 등에 기인한다. 대상파, 기준파, 또는 이들 모두의 각도 광 에너지 분포를 변경시키게 되면 노출 중의 광 강도에 있어서의 위와 같은 변동에 대해 수정을 가할 수 있다. 이는 일례로 동일한 광원으로부터 기원하는 대상파와 기준파를 분할시킬 때에 가변 밀도 비임 스플리터(splitter)를 적용하거나 대상파, 기준파, 또는 이들 모두에 가변 밀도 필터 또는 미러를 적용함으로써 실행될 수 있다. 또 다른 방법은 대상파, 기준파, 또는 이들 모두의 가우시안 프로파일의 강도 분포를 이용하는 것이다.

본 발명에 따른 경사각 홀로그래픽 방법은 도 1c의 제2 전달 회절 격자(9)를 형성하기 위하여 확장될 수 있다. 제1 전달 회절 격자를 노광시키는 공정 단계 이후에, 기판(11)을 초점 지점(14)과 교차하며 스핀 코팅된 감광성 필름(12)에 의해 피복된 마스터 기판의 면의 제1 표면에 대해 수직인 축(13)을 중심으로 180°회전시킨다. 제2 회절 격자는 제1 회절 격자와 동일한 조건에서 노출되고, 그에 따라 도 1c에 도시된 바와 같이 제1 회절 격자의 거울면 화상이 나타나게 된다. 정렬은 초점 지점(14)을 축(13)에 정렬시키고 기판을 회전시키기만 하면 되므로 쉽게 이루어진다.

도 2c의 전달 회절 격자(8", 9")와 도 2d의 전달 회절 격자(8''', 9''')는 유사한 방식으로 제조될 수 있다. 차이점은, 회절 격자(8", 8''')를 기록하는 경우에, 도 5의 광선(15 내지 17)을 갖는 기준파라고 하는 상기 제2 광파는 동일 위치에 위치한 지점으로부터 기인하고 그 각도 에너지 분포는 SPR 센서 칩으로 입력되는 재구성 광선(즉, SPR 센서 칩으로 입력될 때의 광원으로부터 나오는 광선)의 소정의 광원과 동일하다. SPR 칩 센서에 회절 격자를 형성하는 경사각 홀로그래픽 방법은 감지 영역 상의 기타 화상 패턴을 포함하는 SPR 센서 칩과 보다 많은 각도 에너지 분포를 갖는 재구성 광원을 포함하는 것으로 확장할 수 있다. 대상파는 마스터 기판의 면의 제1 표면에 평행한 평면 상에 패턴을 나타내는데, 이는 SPR 칩 센서 상의 소정의 패턴과 동일하고, 기준파의 각도 에너지 분포는 재구성파의 각도 에너지 분포와 동일하다. SPR 센서 칩의 제1 회절 격자는 광원을 감지 영역 상에 소정의 패턴으로 화상 형성시키고 제2 회절 격자는 그 광을 입력과 유사한 각도 에너지 분포를 갖는 SPR 센서 칩의 출력으로 반전시킨다. 이와는 다르게, SPR 센서 칩의 출력으로부터 나오는 광을 수집하는 광 검파기로의 결합을 최적화 하기 위하여, 제2 회절 격자는 제1 회절 격자와 동일한 대상파로 기록하고 기준파의 다른 각도 분포로 기록할 수 있다.

도 1b 및 도2b의 제1 반사 회절 격자(2)를 형성하기 위한 본 발명에 따른 경사각 홀로그래픽 방법이 도 7에 도시되어 있는데, 기록 파장과 SPR 센서 칩으로의 재구성 입력 광 비임은 동일한 경우이다. 반사 회절 격자의 기능은 도 8에 도시되어 있다. 유리 등의 평면 마스터 기판(11)은, 두께가 0.5 내지 3㎛이고 앞에서 설명한 바와 같은 사전 노출 공정을 거친 감광성 필름(12)으로 스핀 코팅된다. 감광성 필름은 간섭 패턴(34)을 형성하는 동일한 단색성의 간섭성 광원으로부터 기인하는 2개의 중첩하는 광파에 의해 동시에 조사된다. 대상파라고 하는 하나의 광파는 경사각 아래에서 소정의 지점(26)에서 초점이 맞추어지며 도 7의 광선(27)부터 광선(29)까지의 각도 범위에 있는 광선들로 이루어진 광파이다. 지점(26)은 광선(27 내지 29)의 초점 지점에 위치하며 복제 기판(11')의 두께와 같은 마스터 기판의 평면 제1 표면으로부터 일정한 거리에 위치한다.

도 7의 광선(30 내지 32)을 갖는 기준파라고 하는 제2 광파는 재구성 입력 조준 광선의 소정의 방향과 동일한 방향으로 SPR 센서 칩으로 조준되어 입사된다. 감광성 필름은 대상파와 기준파를 중첩시킴으로써 절절한 노출 시간 동안 노출되고, 이로써 회절 격자의 정확한 깊이가 확보되며 회절 효율이 최적화된다. 후속하여 감광성 필름은 현상되어서 양각 패턴을 형성하고 이 양각 패턴은 도 8에 도시된 바와 같은 복제 기판(11') 상에 반사 회절 격자(34')을 형성하도록 전사된다. 반사 회절 격자(34')는 간섭 패턴(34)의 중심에 대하여 기판(11)의 평면 제1 표면에 대해서 도 7의 반사 지점(26)의 위치와 동일한 회절 격자(34')의 중심으로부터의 위치를 실질적으로 갖는 도 8의 초점 지점(38) 쪽으로 회절 격자(34') 상에서 입사하는 광선(35 내지 37)을 갖는 조준된 광 비임으로 지향되어서 초점이 맞추어지는 바람직한 특성을 갖는다.

경사각 홀로그래픽 방법은 도 1b 및 도2b의 제2 반사 회절 격자(3)를 형성하기 위해 확장할 수 있다. 제1 반사 회절 격자를 노광시키는 공정 단계 이후에, 마스터 기판(11)을 초점 지점(26)과 교차하며 마스터 기판(11)의 평면 제1 표면에 수직인 축(33)을 중심으로 180°회전시킨다. 제2 반사 회절 격자는 제1 반사 회절 격자와 동일한 조건에서 노출되고, 그에 따라 제1 반사 회절 격자의 거울면 화상으로서 나타나게 된다. 도 1a 및 도 2a의 반사 회절 격자들은 도 1b 및 도 2b와 동일한 방식으로 제조될 수 있는데, 단지 다른 점은 도 1a 및 도 2a의 센서 칩의 두께는 각각 도 1b 및 도 2b의 센서 칩의 두께의 절반이라는 점이다.

대부분의 실제 경우에 있어서, 기록 광파의 유효 파장 및 SPR 센서 칩으로의 재구성 광파는 다른데, 이는 기록 광원과 재구성 광원의 파장이 다른 데서 기인하거나 그리고/또는 복제 기판(11')과 이를 둘러싸고 있는 매질의 굴절 지수들이 다른 데서 기인한다. 이와 같은 상황에서 광수차를 최소화하기 위해서는, 기록 설정을 수정함으로써 유효 파장(즉, 굴절 지수로 나누어진 파장)에 있어서의 변동에 대해서 보정이 이루어져야 한다. 일반적으로, 대상파 및 기준파는 모두가 초점이 형성되거나 초점이 형성되지 않은 파일 것이고 그들의 초점 지점은 도 5의 중심 축(13) 및 도 7의 중심 축(33)으로부터 벗어나서 위치할 것이다. 기록 설정이 수정되면, 도 6 및 도 8에 도시된 전달 및 반사 격자에 대한 광수차들이 최소화되는데, 대상파로부터의 광수차와 기준파로부터의 광수차 각각이 도 9 및 도 10에 각각 개략적으로 도시되어 있다.

상기한 바와 같은 보정을 행하는 본 발명의 일 태양에 따른 방법은 다음과 같다. 감광성 필름을 조사하는 2개의 광선들이 광 간섭 패턴을 형성하는 경우, 회절 격자에 대한 간섭 패턴의 2개 선들 사이의 격자 간격 α_record는 다음 식으로 주어진다.

여기서, λ_record는 기록 파장이고, θ₁, θ₂는 2개 광선의 입사 각도이다(도 9 및 도 10 참조).

수직 입사하는 조준된 재구성 파가 각도 θ₀에서 복제 기판(11') 내에 회절되는 경우(도 6 및 도 8 참조), 회절 격자의 회절 간격 α_read는 다음 식으로 주어진다.

여기서, λ_read는 재구성 진공 파장이고, n_g는 복제 기판(11')의 굴절 지수이다. 광수차를 최소로 하기 위한 절차는, 두 개의 식, 식(5) 및 식(6)을 사용하여 α_record와 α_read의 차가 최소가 될 때까지 대상파와 기준파의 초점 위치를 변경시키는 것이다. 이것은 간섭 패턴(x)의 선에 수직한 방향의 함수로서의 식 α_record- α_read를 3차까지 확장함으로써 얻어진다.

여기서, x_centre는 간섭 패턴의 중앙 위치이다. 계수 A₀, A_1,A_2,A₃는 도 9 및 도10 각각에서의 기준 초점 『x_r,y_r}의 위치(39, 41) 각각과, 도 9 및 도10 각각에서의 대상 초점 『x_0,y₀}의 위치(40, 42) 각각에 따라 달라진다. 수차를 최소화하기 위해서는, 다음의 4개의 식 조합을 풀어야 한다.

A₀(x_r,y_r, x_0,y₀) = 0

A₁(x_r,y_r, x_0,y₀) = 0

A₂(x_r,y_r, x_0,y₀) = 0

A₃(x_r,y_r, x_0,y₀) = 0

상기 4개의 식은 비선형이어서, 수치 해석법을 이용하여 풀어야 한다. 실근에 대한 양호한 추측은 출발 지점으로서 필요하다. 여기서, 제이 라타(J. Latta), Appl. Opt. 10, 599 (1971)에서 유도된 근사해의 분석 집합이 좋은 선택이 된다.

식(6)의 공식은 수직 입사하는 조준된 재구성 파의 경우이다. 그러나, 본 발명의 방법은 0이 아닌 입사각 θ_i를 갖는 비조준 재구성 파의 경우도 포괄한다(도 1d 및 도 2c 내지 도 2d 참조). 식(6)은 다음에 따라서 수정된다

도9 및 도 10은 투과 격자와 반사 격자 각각용의 대상파와 기준파의 위치를 개략적으로 도시하고 있다. 도 9에서, 광선(46)으로부터 광선(48)까지의 각도 범위에 있는 광선을 포함하는 대상파는 경사각 아래에서 도 6에 한정된 바와 같은 초점 지점(25)과 교차하는 축(13)을 벗어나서 소정의 지점(40)에 초점이 형성된다.광선(43)으로부터 광선(45)까지의 각도 범위에 있는 광선을 포함하는 기준파는 축(13)을 벗어나서 소정의 지점(39)에 초점이 형성된다. 도 10에서, 광선(52)으로부터 광선(54)까지의 각도 범위에 있는 광선을 포함하는 대상파는 경사각 아래에서 도 8에 한정된 바와 같은 초점 지점(38)과 교차하는 축(33)을 벗어나서 소정의 지점(42)에 초점이 형성된다. 광선(49)으로부터 광선(51)까지의 각도 범위에 있는 광선을 포함하는 기준파는 축(33)을 벗어나서 소정의 지점(41)에 초점이 형성된다.

SPR 센서 칩 내의 회절 격자들의 기능은 표면 양각 구조체 상에 보정 표시를 형성함으로써 더욱 더 향상된다. 도 11 입력 회절 광 요소들 상에 보정 표시(7, 7')를 포함하는 SPR 센서 칩을 도시하는 것으로서, 도 11a는 선 A-A를 따라서 도시한 단면도이고, 도 11b는 SPR 센서 칩의 상부 평면도이다. 보정 표시들은 영역을 나타내며, 여기서 격자 구조는 향상되었다. 따라서 이와 같은 영역으로 입사하는 광선은 회절되지 않고 반사만 된다. 이러한 것은 센서 칩의 출력 시에 검파기 열 상에서 검은 선 또는 검은 지점으로 검출된다. 보정 표시들은 회절 격자를 위한 간섭 패턴을 노출시키기 전이나 혹은 후에 감광성 필름을 과다 노출시킴으로써 SPR 센서 칩을 제조하는 방법을 사용하여 형성된다.

이들 보정 표시들의 한가지 목적은 정렬 표시 상으로 입사하는 광선들이 SPR 각도의 절대치에 상응하고 그에 따라 SPR 센서에 의해 측정된 굴절 지수의 절대치와도 상응하기 때문에 SPR 센서에 의해 측정된 굴절 지수의 절대치에 대하여 SPR 센서 칩을 보정하기 위한 것이다. 보정 표시들의 또 다른 목적은 SPR 센서 칩의 방향과 위치를 검파기 열과 비교하여 확인하기 위한 것이다. 보정 표시의 세 번째목적은 환경 변화, 예를 들어 센서 칩의 이동을 야기하게 되는 광원의 파장 변위, 기계적 진동, 또는 온도 편차와 같은 환경 변화를 바로잡기 위한 것이다. 이와 같은 환경 변화가 발생하면, 보정 표시의 위치는 검파기 열 상에서 이동하게 되고, SPR 응답에 미치는 환경 변화의 영향이 결정될 수 있어서 SPR 센서의 감응성이 향상된다.

보정 표시들은 격자 선에 평행하게 정렬된 선이 바람직하고, 하나의 센서 칩 상에 적어도 2개의 보정 표시가 있는 것이 바람직하며, 적어도 하나는 고 각도 측(7)에 위치하고 적어도 하나는 저 각도 측(7')에 위치하는 것이 바람직하다. 선택적으로, 표정 표시는 격자 선들과 수직하게 정렬된 선으로 할 수 있다. 보정 표시의 폭은 50 내지 200㎛의 범위에 있다. 보정 표시의 길이는 0.5 내지 5mm의 범위에 있다. 보정 표시들은 또한 선이 아닌 다른 형상을 가질 수도 있다. 그 형상은 십자형, 별 모양, 원형, 타원 다각형으로 할 수 있지만 본 발명은 그 형상에 제한되지 않는다.

본 발명에 따른 경사각 홀로그래픽 방법에서의 주요 이점은 다음과 같다. 우선, 본 발명에 따른 방법은 하나의 노출 단계에서 회절 격자 프로파일을 단지 몇 초 수준으로 빠르게 형성한다. 이것이 의미하는 바는 온도 편차나 기타 편차 효과가 최소의 효과를 갖는다는 것이다. 둘째로, 본 발명에 따른 방법은 회절 격자의 형성에 있어서 부정확성을 원천적으로 증가시키는 기계적 스캐닝을 전혀 필요치 않는다. 구경을 따르는 격자의 주기성은 2개의 기록 레이저 비임에 의해 형성된 간섭 패턴에 의해 저절로 한정된다. 셋째로, 2개의 레이저 비임을 정 위치에 위치시키게 되면, 본 발명에 따른 방법은 수차를 3차까지 감소시킨다. 넷째로, 보정 표시를 포함한 여러 가지 화상 기능을 갖는 회절 격자는 본 발명에 따른 방법을 적용함으로써 생성될 수 있고, 입력 광 비임의 이미 알고 있는 각도 에너지 분포는 SPR 센서 칩의 표면 상에 소정의 패턴으로 화상을 형성할 수 있다.

표면 양각 패턴(SRP: surface relief pattern)이 형성된 마스터 기판은 SRP(표면 양각 패턴)이 회절 격자로서 작용하는 SPR 센서 칩으로서 사용될 수 있다. 선택적으로, SRP(표면 양각 패턴)을 마스터 기판으로 전사시키기 위하여서 감광성 필름을 희생-층-에칭(sacrificial-layer-etch)하는 데 있어 이온 밀링과 같은 건식 에칭 기술, 화학적 조장 방식의 이온 비임 에칭, 또는 반응성 이온 에칭이 사용될 수 있다[케이. 레이머(K. Reimer) 등, Proc. SPIE, 3226, 광학 처리용 마이크로일렉트로닉 구조체 및 MEMS III(Microelectronic Structures and MEMS for Optical Processing III), 오스틴(Austin), 페이지 6(1977) 참조]. 반사 회절 격자의 경우, 회절 효율은 SRP의 상부에 금속 거울을 배치함으로써 향상될 수 있다. 금속은 금, 은, 알루미늄 등이 바람직하다. SRP 상에 배치된 선택 금속의 회절 효율을 최대화하기 위해서, 감광성 필름의 노출 시간 및 현상 시간 조정함으로써 SRP의 깊이를 조정할 수 있다. 금속은 현상된 감광성 필름의 상부에 증착이나 스퍼터링에 의해 바로 부착시키거나 혹은 희생-층-에칭을 행한 후에 부착시킬 수 있다.

SPR 센서 칩을 제조하는 바람직한 방법은 열간 엠보싱 또는 성형과 같은 복제 기술을 이용하는 것이다. SPR 센서 칩을 제조하는 보다 더 바람직한 방법은 사출 성형이나 사출 압축 성형인데, 이 경우에는 SPR 센서 칩을 아주 대량(수 천개)으로 신속하고, 재현 가능하고, 저렴하게 제조할 수 있다.

감광성 필름 상에 소정의 표면 양각 패턴(SRP)을 갖는 마스터 기판을 사출 성형/사출 압축 성형된 SPR 센서 칩 내의 회절 격자로 전사시키는 공정은 다음과 같다. 스퍼터링 기술을 이용하여, 마스터 기판을 수 백 나노미터의 니켈/바나듐 합금 등의 박금속 층으로 피복시킨다. 다음 단계에서, 기판을 전기 도금 용액(galvano-solution)에 노출시키는데, 여기서 약 0.3nm의 Ni가 기판에 부착된다. Ni 판을 원형의 SRP의 음화를 현재 내포하고 있는 기판으로부터 분리시킨다.이 Ni 판을 Ni 심(shim) 또는 Ni 마스터라고 한다. 이어서 Ni 심을 적절한 사출 성형/사출 압축 성형 공구 안에 장착시키는데, 이 때 상기 Ni 심은 SRP가 공동을 향하게 하면서 주형의 공동 안에 위치시킨다. SPR 센서 칩이 사출 성형/사출 압축 성형될 때, 음화 SRP는 성형되는 SPR 센서 칩에 양화로서 전사된다. SPR 센서 칩 상의 SRP는 마스터 기판 상의 원형 SRP의 진본 복제가 된다. SRP는 이제 비로소 SPR 센서 칩 상의 회절 격자로서 기능한다. 하나 이상의 감지 영역이 SPR 센서 칩의 표면 상에 배치되는데, 그 감지 영역에는 입력 광 비임이 조사된다.

SPR 센서 칩용의 바람직한 성형 재료는 아크릴릭, 폴리카보네이트, 폴리에테르이미드(상표명: ULTEM 1000, ULTEM 1010), 폴리스티렌, 폴리우레탄 수지, 사이클로-올레핀-코폴리머(상표명: TOPAS), 프로브이미드 293, XU-218, 및 폴리퀴놀린과 같은 투명 폴리머들이다.

당업자라면 알고 있는 바와 같이, 폴리머는 높은 성형 온도(통상적으로 70도내지 200도의 범위)에서 성형되고, 이어서 성형틀에서 취출된 후 냉각되는데, 통상적으로 약 0.2 내지 0.7%의 크기로 수축된다. 수축 결과, 재구성파(a_read)가 겪게 되는 격자 간격, 즉 SPR 센서 칩 상에서의 격자 간격도 동일한 크기로 감소한다. 본 발명에 따라서 회절 광학 요소를 형성할 때에는, 대상파와 기준파의 위치들이 수축을 보상하기 위해 조정된다.

Claims

제1 회절 광학 요소를 형성하기 위해서, 표면 플라즈몬 공진 센서의 부품을 형성하도록 되어 있는 실질적으로 투명한 부재의 실질적으로 평면인 표면 상에 복제되도록 한 제1 표면 양각 패턴을 형성하는 방법에 있어서,

실질적으로 평면인 표면을 갖는 마스터 기판을 제공하는 단계와,

상기 마스터 기판의 실질적으로 평면인 표면 상에 감광성 재료 층을 마련하는 단계와,

제1 전자기 방사파와 제2 전자기 방사파 사의의 교차점에서 공간 중첩에 의해 생성된 제1 간섭 패턴에 상기 감광성 층이 노출될 수 있도록 제1 전자기 방사파와 제2 전자기 방사파에 감광성 층을 노출시키는 단계를 포함하고,

감광성 층의 위치에서의 상기 제1 전자기 방사파는 제1 평균 전파 벡터를 가지고,

감광성 층의 위치에서의 상기 제2 전자기 방사파는 제2 평균 전파 벡터를 가지고, 상기 제1 전자기 방사파와 제2 전자기 방사파 사이의 교차점에서 상기 제1 평균 전파 벡터와 제2 평균 전파 벡터가 각을 이루며,

상기 제1 평균 전파 벡터와 제2 평균 전파 벡터 사이의 각은, 상기 실질적으로 투명한 부재의 실질적으로 평면인 표면에 복제된 상기 제1 회절 광학 요소 상에 진입 전자기 방사파가 입사할 때의 진입 평균 전파 벡터와 회절 평균 전파 벡터 사이의 최소 각도가 40도보다 크도록 하는 방식으로 진입 평균 전파 벡터를 갖는 진입 전자기 방사파의 전파 방향을 변경할 수 있도록, 선택된 것을 특징으로 하는 표면 양각 패턴을 형성하는 방법.
제1항에 있어서,

마스터 기판을 감광성 층을 보유하는 표면에 대한 법선을 중심으로 약 180도 회전시키는 단계와,

제1 전자기 방사파와 제2 전자기 방사파 사의의 교차점에서 공간 중첩에 의해 생성된 제2 간섭 패턴에 상기 감광성 층이 노출될 수 있도록 제1 전자기 방사파와 제2 전자기 방사파에 감광성 층을 노출시키는 단계에 의해서, 마스터 기판의 실질적으로 평면인 표면 상에 제2 표면 양각 패턴을 형성하는 단계를 더 포함하고,

감광성 층의 위치에서의 상기 제1 전자기 방사파는 제1 평균 전파 벡터를 가지고,

감광성 층의 위치에서의 상기 제2 전자기 방사파는 제2 평균 전파 벡터를 가지고, 상기 제1 전자기 방사파와 제2 전자기 방사파 사이의 교차점에서 상기 제1 평균 전파 벡터와 제2 평균 전파 벡터가 각을 이루며,

상기 제1 평균 전파 벡터와 제2 평균 전파 벡터 사이의 각은, 제2 회절 광학 요소로서의 상기 실질적으로 투명한 부재의 실질적으로 평면인 표면에 복제된 제2 표면 양각 패턴의 복제 패턴 위로 진입 전자기 방사파가 입사할 때의 진입 평균 전파 벡터와 회절 평균 전파 벡터 사이의 최소 각도가 40도보다 크도록 하는 방식으로 진입 평균 전파 벡터를 갖는 진입 전자기 방사파의 전파 방향을 변경할 수 있도록, 선택된 것을 특징으로 하는 표면 양각 패턴을 형성하는 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 제1 전자기 방사파와 제2 전자기 방사파가 실질적으로 동일한 파장인 것을 특징으로 하는 표면 양각 패턴을 형성하는 방법.
제3항에 있어서, 제1 전자기 방사파와 제2 전자기 방사파가 동일한 광원에 의해 방출되는 것을 특징으로 하는 표면 양각 패턴을 형성하는 방법.
제4항에 있어서, 상기 광원이 HeCd 레이저, Kr 레이저, 엑시머 레이저, 또는 반도체 레이저와 같은 레이저를 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 양각 패턴을 형성하는 방법.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 감광성 층을 현상시키는 단계도 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 양각 패턴을 형성하는 방법.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 전자기 방사파는 대상파를 형성하고, 제2 전자기 방사파는 기준파를 형성하고, 입사하는 전자기 방사파는 재구성파를 형성하는 것을 특징으로 하는 표면 양각 패턴을 형성하는 방법.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 마스터 기판이 실질적으로 투명한 부재를 구성하는 것을 특징으로 하는 표면 양각 패턴을 형성하는 방법.
제8항에 있어서, 실질적으로 투명한 부재의 실질적으로 평면인 표면에 제1 및 제2 표면 양각 패턴을 복제시키기 위해 감광성 층에 희생-층-에칭을 실행하는 단계도 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 양각 패턴을 형성하는 방법.
제9항에 있어서, 상기 감광성 층에 희생-층-에칭을 실행하는 단계는 이온 밀링, 화학적 조장 이온 비임 에칭, 또는 반응성 이온 에칭에 의해 달성되는 것을 특징으로 하는 표면 양각 패턴을 형성하는 방법.
제2항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 표면 양각 패턴의 추가 복제를 위하여 제1 및 제2 표면 양각 패턴의 네가티브 금속 마스터를 형성하는 단계도 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 양각 패턴을 형성하는 방법.
제11항에 있어서, 금속 마스터가 니켈 마스터인 것을 특징으로 하는 표면 양각 패턴을 형성하는 방법.
제11항 또는 제12항에 있어서, 열간 엠보싱을 이용하여 상기 네가티브 금속 마스터로부터 제1 및 제2 표면 양각 패턴을 복제하는 단계도 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 양각 패턴을 형성하는 방법.
제11항 또는 12항에 있어서, 사출 성형을 이용하여 상기 네가티브 금속 마스터로부터 제1 및 제2 표면 양각 패턴을 복제하는 단계도 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 양각 패턴을 형성하는 방법.
제11항 또는 12항에 있어서, 사출 압축 성형을 이용하여 상기 네가티브 금속 마스터로부터 제1 및 제2 표면 양각 패턴을 복제하는 단계도 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 양각 패턴을 형성하는 방법.
제8항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 표면 양각 패턴으로부터 복제된 회절 광학 요소의 상부에 금속층을 마련하는 단계도 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 양각 패턴을 형성하는 방법.
제16항에 있어서, 상기 금속층이 알루미늄, 금, 은 등으로 이루어진 군으로부터 선택된 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 양각 패턴을 형성하는 방법.
표면 플라즈몬 공진 센서용 결합 소자에 있어서,

소정의 방향으로 단색성으로 증가하는 간격을 갖는 격자 구조체를 포함하는 회절 광학 요소를 포함하고,

상기 회절 광학 요소는 제1 평균 전파 벡터를 갖는 진입 전자기 방사파를 제2 평균 전파 벡터를 갖는 회절 전자기 방사파 안으로 회절시키도록 구성되고,

상기 회절 광학 요소가 고형의 실질적으로 투명한 부재의 표면의 일부를 형성하고,

제1 평균 전파 벡터와 제2 평균 전파 벡터 사이의 최소 각이 40도 이상이 되도록 제2 평균 전파 벡터에 의해 한정된 전파 방향이 제1 평균 전파 벡터에 의해 한정된 전파 방향과는 다른 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 공진 센서용 결합 소자.
제18항에 있어서, 격자 구조체가 투과 격자 구조체를 형성하는 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 공진 센서용 결합 소자.
제18항에 있어서, 격자 구조체가 반사 격자 구조체를 형성하는 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 공진 센서용 결합 소자.
제18항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 회절 광학 요소가 진입 전자기 방사파의 초점을 형성시키는 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 공진 센서용 결합 소자.
제18항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 회절 광학 요소가 발산하는 전자기 방사파를 조준시키는 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 공진 센서용 결합 소자.
제18항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서, 회절 광학 요소가 하나 이상의 보정 표시도 더 포함하고, 상기 하나 이상의 보정 표시는 빗나가는 격자 구조체와 같은 영역에 있는 것을 특징으로 하는 표면 플라즈몬 공진 센서용 결합 소자.
제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 전자기 방사파의 초점 지점과 제2 전자기 방사파의 초점 지점이 다음의 절차, 즉

- x가 간섭 패턴의 선들에 대해 수직인 방향이고, λ_record가 기록 파장이고, θ₁이 제1 전자기 방사파의 입사각이고, θ₂가 제2 전자기 방사파의 입사각일 때, 다음과 같이 정의된 기록 격자 간격의 식을 x값에 있어서 3차까지 확장시키는 절차;

- λ_read가 재구성 진공 파장이고, n_g가 실질적으로 투명한 부재의 굴절 지수이고, θ₁이 입사하는 전자기 방사파의 입사각이고, θ₂가 회절하는 전자기 방사파의 회절각일 때, 다음과 같이 정의된 재구성 격자 간격의 식을 x값에 있어서 3차까지 확장시키는 절차; 그리고

- x_centre가 간섭 패턴의 중앙 위치이고, A₀, A_1,A_2,및 A₃각각이 a_record(x)와 a_read(x)의 제1, 제2, 제3, 및 제4 팽창 계수들 간의 차라고 할 때, 제1 전자기 방사파의 초점 위치와 제2 전자기 방사파의 초점 위치에 대하여 다음의 식을 최초화하는 절차

에 따라서 위치되는 것을 특징으로 하는 표면 양각 패턴을 형성하는 방법.