The resolution optimization of the 3-D microfabrication using the two-photon absorbed photo-polymerization controlled by optical conditions has been proposed. In a major breakthrough that could fundamentally overcome the difficulty of three-dimensional micro/nanofabrication using a conventional technique, two-photon absorbed photopolymerizing micro/nanofabrication is developed in this study. Compared with the conventional microfabrication techniques, two advantages of this technique are that a free-form 3-D microstructure can be fabricated with a resolution of several tens nanometers and this fabrication requires only simple processing steps. To fabricate more precise and higher aspect ratio 3-D microstructure within possibly shorter process time, various fabrication methods and controlling the fabricating resolution using average laser powers, exposure times, polymerizable materials, focusing optics optimization, and pulse-widths have been performed and investigated in this study. From the optimized conditions, the 80 nm fabricating resolution of SCR-500 has been achieved. High aspect ratio structures bridged with 4 μm-length and 70 nm-width nano-wire have been produced using SU-8. In addition, the use of picosecond pulses up to 7.6 ps in the two-photon absorbed photo-polymerization for 3-D microfabrication verifies the intensity and energy relations between pulse-width and two-photon process, and expands the range of laser sources for the two-photon absorbed photopolymerizing 3-D microfabrication.
이광자 흡수의 광폴리화를 이용한 3차원 미세구조 제작 기술에서 제작 광학계의 최적화와 제작 정밀도 향상, 정밀도와 광학적 상관 관계에 대한 연구를 수행하였다. 기존 기술이 갖는 3차원 마이크로/나노 미세 구조를 제작의 어려움을 근본적으로 뛰어넘을 수 있는, 새로운 3차원 미세 구조 제작 기술을 개발하였다. 기존의 미세 구조 제작 기술에 비해서, 이광자 흡수의 광폴리화를 이용한 3차원 미세구조 제작 기술은 자유로운 3차원 구조를 수십 나노미터 정밀도로 비교적 간단한 제작 과정을 통해 제작할 수 있다는 장점이 있다. 가능한 짧은 시간에 보다 정밀하고 높은 종횡비를 갖는 3차원 미세 구조를 제작하기 위해서, 이 연구에서는 다양한 제작 방법들과 광학적 조건에 따른 제작 정밀도 변화, 제작에 사용되는 폴리머화 가능한 물질, 레이저 광원의 펄스폭과 이광자 흡수 현상의 상관 관계 등에 관한 실험 및 연구를 수행하였다. 이러한 실험 및 연구에 의한 최적화 과정을 통해, SCR-500의 폴리머 물질로 구성된 미세 구조를 80 나노미터의 정밀도로 제작할 수 있다. 높은 종횡비를 갖는 두개의 3차원 구조를 잇는 70 나노미터 선폭에 4 마이크로미터 길이의 나노 와이어를 SU-8 폴리머화 가능 물질을 이용하여 제작하였다. 그리고, 펄스폭과 이광자 흡수 폴리머화의 관계에 대한 연구를 통해, 기존의 수백 펨토초 레이저 광원에서부터 약 7.6 피코초 광원으로 까지 이광자 흡수의 광폴리머화를 이용한 3차원 미세구조 제작 기술에 쓰일 수 있는 레이저의 범위를 확장하였다.
