[논문 리뷰] Three-dimensional nanoimprint lithography using two-photon lithography master samples

Rebecca Saive, Colton R. Bukowsky외 1명|arXiv (Cornell University)|2017. 02. 13.

Nanofabrication and Lithography Techniques참고 문헌 13인용 수 11

한 줄 요약

이 논문은 두광자 리소그래피로 제작한 마스터 샘플을 사용하여 나노스케일 특징을 지닌 복잡한 3D 마이크로구조물을 제작할 수 있는 확장 가능한 3차원 나노인양 리소그래피 기법을 제시한다. 이러한 마스터에서 폴리디메틸실록세인(PDMS) 스탬프를 주입함으로써, 느리고 순차적인 두광자 리소그래피를 빠르고 병렬적인 나노인양으로 전환하여 잔류물이 없는 Ag 인크로드 인쇄와 텍스처가 있는 기판과의 호환성을 가능하게 한다.

ABSTRACT

We demonstrate three-dimensional (3-D) nanoimprint lithography using master samples initially structured by two-photon lithography. Complex geometries like micro prisms, micro parabolic concentrators, micro lenses and other micrometer sized objects with nanoscale features are three-dimensionally fabricated using two-photon lithography. Stamps made out of polydimethylsiloxane are then cast using the two-photon lithographically structured samples as master samples. Hereby, expensive serial nano 3-D printing is transformed into scalable parallel 3-D nanoimprint lithography. Furthermore, the transition from two-photon lithography to imprint lithography increases the freedom in substrate and ink choice significantly. We demonstrate printing on textured surfaces as well as residue-free printing with silver ink using capillary action.

연구 동기 및 목표

• 직접적인 두광자 리소그래피의 확장성 한계를 극복하기 위해 병렬 처리를 가능하게 하여 3D 나노소자 제작의 스케일업을 도모한다.
• 두광자 리소그래피를 마스터 기법으로 사용하여 재사용 가능한 스탬프 제작 공정을 개발한다.
• 텍스처가 있는 기판에 인쇄할 수 있도록 하고, 도전성 은 인크로드를 사용하여 잔류물이 없는 패턴 인쇄를 실현한다.
• 직접적인 두광자 리소그래피의 제약을 초월해 더 넓은 재료 및 기판 호환성을 확장한다.
• 나노스케일 해상도에서 복잡한 3D 마이크로광학 요소(렌즈, 프리즘, 집광기 등)의 제작을 실증한다.

제안 방법

• 두광자 리소그래피를 사용하여 나노스케일 정밀도로 마이크로렌즈, 프리즘, 파라볼릭 집광기 등의 복잡한 3D 마이크로구조물을 제작한다.
• 두광자 리소그래피로 제작된 마스터 샘플에서 폴리디메틸실록세인(PDMS) 스탬프를 주입하여 복제를 가능하게 한다.
• PDMS 스탬프를 사용한 나노인양 리소그래피를 수행하여 대규모 영역에 걸쳐 3D 패턴을 병렬로 전이한다.
• 인쇄 과정에서 모세관 작용을 활용하여 다양한 기판에 대해 잔류물이 없는 은 인크로드 인쇄를 달성한다.
• 이 방법은 다양한 기판과 잉크를 사용할 수 있게 하여 직접적인 두광자 리소그래피에 비해 재료 유연성을 크게 향상시킨다.
• 순차적이고 느린 두광자 리소그래피에서 스케일업 가능한 병렬 나노인양 리소그래피로의 전환을 통해 생산성과 실용성을 향상시킨다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 두광자 리소그래피로 제작된 마스터가 3D 나노인양 리소그래피를 위한 재사용 가능한 PDMS 스탬프 제작에 효과적으로 활용될 수 있는가?
• RQ2 나노인양 공정이 원래 두광자 리소그래피 구조물의 3D 나노스케일 특징을 어느 정도 유지하는가?
• RQ3 모세관 작용을 활용한 나노인양 공정에서 도전성 은 인크로드를 사용하여 잔류물이 없는 인쇄가 가능한가?
• RQ4 기존의 인양 공정과 비교해 텍스처가 있거나 비평면적인 기판에서 이 방법의 성능은 어떠한가?
• RQ5 직접적인 두광자 리소그래피를 스탬프 기반 복제로 대체할 경우 3D 나노인양 리소그래피 공정의 확장성과 재현 가능성은 어떠한가?

주요 결과

• 두광자 리소그래피를 마스터 기법으로 사용하여 마이크로렌즈, 프리즘, 파라볼릭 집광기 등 복잡한 3D 마이크로구조물을 나노스케일 특징으로 성공적으로 제작하였다.
• 두광자 리소그래피 마스터에서 제작된 PDMS 스탬프는 대규모 영역에 걸쳐 3D 나노구조물의 고정밀 병렬 복제를 가능하게 하였다.
• 모세관 작용을 통해 은 인크로드로 잔류물이 없는 인쇄를 달성하였으며, 도전성 재료와 실용적 응용에 대한 호환성을 입증하였다.
• 이 공정은 텍스처가 있는 표면에도 인쇄가 가능하게 하여 평평한 평면 기판 외의 적용 대상 범위를 넓혔다.
• 순차적 두광자 리소그래피에서 병렬 나노인양 리소그래피로의 전환은 제작 속도와 확장성 측면에서 크게 향상되었다.
• 이 기법은 더 넓은 잉크 및 기판 선택 유연성을 제공하면서도 나노스케일 해상도와 특징 유지도를 유지하였다.