Three dimensional (3D) nanostructures have greatly contributed to enhanced func-tionalities and performances in a broad range of devices including photonics, sensors, catalytic and microfluidic systems and many others. However, cheap and efficient fabrication methods of such nanostructures with a high degree of control have been elusive despite their rising importance. Proximity field nanopatterning (PnP) which relies on lithographically exposing photoresist using elastomeric phase masks offers a promising direction that enables scalability and economic feasibility. Elastomeric phase masks which have relief-structured phase-shift elements on its surface control the 3D intensity by phase modulated diffraction efficiency. Up to now control of this intensity has not been achieved due to difficulty in preparing high aspect ratio phase-shift elements in the phase masks in addition to the inability to accurately predict the imaging optics with simple scalar diffraction theory in wavelength comparable regime. Here, we present unprecedented degree of control in manipulating the diffraction efficiency which is key factor for generating 3D intensity distribution by using high aspect ratio phase-shift elements in a conformable phase masks guided by numerical vector-wave solutions to the diffraction problem. With this method, we enhance the 3D structure quality through prediction of 3D contrast is photoresist. Thereby inverse problem of 3D structura design is potentially feasible.
삼차원 나노구조는 여러분야에서의 기능성을 향상시킬 수 있어 그 제작에 대한 연구가 많이 진행되어 왔다. 특히, 값싸고 효율적으로 원하는 삼차원 나노구조를 만드는 것이 실제 재료에 꼭 필요함에도 불구하고 종전의 제작방법들에 몇가지 문제점들이 존재하였다. 우리가 가진 기술인, 근접장 나노패터닝(Proximity field Nanopatterning)의 경우 리소그래피 공정에 기반한 간단한 설비와 공정과정을 통하여 보다 쉽게 삼차원 패터닝을 할 수 있어 큰 장점을 갖는다. 근접장 나노패터닝에서 이용되는 위상 마스크는 표면의 위상차 구조의 단차변화에 따라 마스크 아래의 근접장에서 나타나는 삼차원 광학 패턴이 달라질 수 있다. 위상 마스크의 단차변화의 영향을 실제 실험적으로 알아보기 위해서는 다양한 단차를 갖는 마스크를 제작하는 것이 중요하지만, 고종횡비 위상차 구조를 갖는 마스크를 완벽하게 만들어내는데 어려움이 있었다. 이를 해결함에 따라, 실제적으로 위상차 구조의 단차변화가 삼차원 구조체에 주는 영향에 대한 연구를 진행하였다. 특히 위상 마스크 표면의 주기적 구조때문에 생기는 빛의 회절이 위상차에 의해 영향을 받는데, 위상차 구조의 크기가 빛의 파장과 비슷해지는 부분에서의 회절을 좀 더 정확하게 해석함으로서, 삼차원 나노구조를 분석하였다. 결과적으로 근접장 패터닝에서 마스크의 단차변화가 삼차원 나노구조에 어떤 영향을 주는지에 대한 이번 연구가, 원하는 삼차원 구조체를 만들기 위한 마스크 디자인에 대한 연구에 기여할 수 있을 것으로 보인다.
