Three-dimensional (3D) microfabrication process using two- photon polymerization (TPP) is developed to fabricate the curved microstructures in a layer, which can be applied potentially to optical MEMS, nano/micro-devices, etc. A 3D curved structure can be expressed using the same height-contours that are defined by symbolic colors which consist of 14 colors. Then, the designed bitmap figure is transformed into a multi-exposure voxel matrix (MVM). In this work, a multi-exposure voxel matrix scanning method is used to generate various heights of voxels according to each laser exposure time that is assigned to the symbolic colors. An objective lens with a numerical aperture of 1.25 is employed to enlarge the variation of a voxel height in the range of 1.2 to 6.4 μm, which can be controlled easily using the various exposure time. Through this work, some 3D curved micro-shapes are fabricated directly to demonstrate the usefulness of the process without a laminating process that is generally required in a micro-stereolithography process.

본 연구에서는 나노/마이크로 소자 및 MEMS 제작에 활용가능하고 또한 수십 마이크로미터 크기의 3차원 곡면을 가진 형상을 제작하기 유리한 이광자 광중합을 이용한 다중조사 복셀 매트릭스 스캐닝법(multiexposure voxel matrix scanning method)에 의한 나노 복화공정을 개발하였다. 이 공정을 통하여는 높이에 따라 14가지의 색을 가진 등고선으로 표현된 3차원 자유곡면 형상을 적층방식이 아닌 단일 층으로 3차원으로 제작할 수 있다. 여기서 수광각도가 1.25인 집광렌즈를 사용하여 레이저의 조사시간에 따라 1.2 μm에서 6.4 μm까지 변하는 복셀의 높이 차이를 이용하여 3차원 곡면 제작이 가능하다. 본 연구의 유용성을 검토하기 위하여 몇 가지 3차원 곡면형상을 초미세 입체 패터닝 공정에서 사용하는 일반적인 적층방식을 사용하지 않고 단층으로 제작하여 시간을 단축하였다.

Keywords: nano-stereolithography process; 3D micro-curved structures; two-photon polymerization; multi-exposure voxel matrix.