Recent research works on various fabrication processes for nano/micro devices enable application on diverse industrial fields such as electronics, mechanical engineering, bioscience and medical science. Especially, complex 3D structures which were not amenable to fabrication by conventional MEMS techniques can be fabricated through two-photon polymerization only by a single process with the resolution of sub-100nm. To drive fabricated structures using the method mentioned above mechanically for advanced applications, it is necessary to supply external power. Electrostatic force and piezoelectric force have been major power sources for devices fabricated by MEMS process up to now, however, it is difficult to control each element of devices. On the other hand, optical trapping by laser exposure enables free movement of a particle or structure within tens of $\mum$ to desired position in 3D space, and linear and rotational motion, which can be useful for precise control of micro-devices. As it enables the remote control of position with a resolution of sub-micron by optical trapping, mechanical and biological applications such as optical tweezers, micropumps and microneedles have been made. Previous works adopted 3D micro-structure composed of a stator and a rotor for rotational motion, which cannot avoid error due to the space between a stator and a rotor. In this thesis, an elastic nano-link was proposed to reduce the error and enable precise control of a device with repeatability. Simple devices using the nano-link were designed from analytical approach and fabricated structures were evaluated.
최근 다양한 나노/마이크로 크기의 소자 제작 기술의 발달로 기능성 소자 및 마이크로머신이 등장하고 있으며, 이는 전자, 기계, 생명과학, 의학 등 다양한 분야에 응용될 수 있다. 특히 이광자 흡수 광조형 공정을 이용하면 기존 MEMS 공정으로 제작하기 어려운 복잡한 3차원 형상도 하나의 단일 공정으로 수 백 nm 이하의 정밀도를 가지도록 제작할 수 있어 많은 연구가 이루어지고 있다. 제작된 미세 소자들이 기계적 움직임을 가지기 위해서는 거시적 세계에서의 기계 부품과 마찬가지로 외부 동력원이 필요하며, 현재까지는 주로 MEMS 공정을 통해 제작된 전자 소자에 전자기력, 정전기력, 압전력을 인가해 작동시키는 방식을 택해왔으나 이러한 외부 동력장을 이용하는 경우 구성 요소 각각의 미세한 제어에 어려움이 있다. 이는 레이저 조사를 통한 광 포획(optical trapping)을 이용하여 해결할 수 있는데, 현재 광집게(optical tweezer), 바늘을 비롯한 여러 가지 미세 소자에 사용되고 있으며 sub-micron 단위의 정밀한 위치 제어가 비접촉식으로 가능하기 때문에 기계적, 물리학적, 생물학적으로 많은 응용 가능성이 있다. 광 포획을 이용한 기존의 구동 소자들은 핀 조인트를 이용해 움직일 수 있는 구동부와 이를 기판에 고정시키는 고정부를 연결하였는데 이 경우 항상 두 형상 간의 공차에 의한 오차가 발생하게 된다. 본 연구에서는 이 오차를 줄여 정밀 구동이 가능하도록 하는 탄성 나노 링크를 제안하였으며, 간단한 형상의 설계와 제작을 통해 평가하였다.
