The technique for a high-resolution three-dimensional (3D) nanostructure has been a big interest in the nanotechnology field. Proximity-field nanopatterning (PnP), which fabricates 3D nanostructure based on interference pattern by phase shift through phase shifting mask, has been applied to various nanotechnology fields due to its rapid and stable fabrication. The previous optimization of PnP for high-resolution was based on diffraction order control, controlling the height of phase mask. To overcome the single variable optimization, which was a limitation of previous optimization, the concurrent optimization was proceeded with particle swarm optimization, controlling the height and width of phase mask concurrently. In addition, we adopted the inverse design to directly control the electric field distribution, different from the previous optimization, which controlled the diffraction order to modulate the electric field. The optimum design calculated by the inverse design showed high electric field intensity contrast and also succeeded to fabricate a highly uniformed nanochannel array. The inverse design method used in this thesis is expected to enlarge the symmetry of nanostructure from PnP. Further optimization will be concentrated on pillar array phase mask design and non-intuitive design mask which can fabricate optimum structure for each application field.
고해상도의 3차원나노 구조를 만드는 기술에 대한 관심은 꾸준히 지속되어 왔고, 위상차 발생 마스크를 통한 간섭 패턴 형성으로 3차원 나노구조를 제작하는 근접장 나노패터닝 기술은 짧은 공정 시간과 안정성을 바탕으로 다양한 나노기술 분야에 응용되어왔다. 구조 해상도 향상을 위한 기존의 근접장 나노패터닝 기술의 공정 최적화는 위상마스크 구조의 높이 조절을 통한 회절 차수 억제를 기반으로 진행되어 왔다. 높이 만을 조절하는 기존의 단일 변수 최적화의 한계를 벗어나, 조절 변수를 넓히기 위해, 본 학위 논문에서는 입자 군집 최적화를 통해 위상마스크 구조의 높이와 너비를 동시에 조절하는 최적화를 진행하였다. 또한, 회절 차수를 통해 전체적인 전기장 분포를 제어했던 기존 최적화 방식에서 벗어나, 직접 전기장의 세부 분포를 제어하는 역설계 방식을 도입하여 최적화를 진행했다. 역설계 기반으로 진행된 최적 위상 마스크 디자인은 기존 디자인에 비해 높은 전기장 세기 대비를 보였으며, 실제 나노채널 제작에서도 균일한 채널 어레이 형성을 보였다. 해당 학위 논문에 사용된 역설계 기반 최적화는 근접장 나노패터닝이 제작할 수 있는 나노구조의 다양성을 높일 것으로 기대되며, 후속 연구를 통해 2차원 위상마스크에 대한 최적화 및 응용 분야에 적합한 임의 형상의 3차원 나노구조 제작이 가능한 위상마스크 디자인에 대한 최적화를 진행하고자 한다.
