基于熱壓印的連續(xù)浮雕結(jié)構(gòu)石英微光學(xué)元件加工技術(shù)研究.pdf

1、熱壓印結(jié)合反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)可實現(xiàn)石英材料連續(xù)浮雕微光學(xué)元件的高精度、高重復(fù)性和低成本的批量加工。然而目前基底表面抗蝕劑的連續(xù)浮雕熱壓印技術(shù)仍存在以下兩個問題：首先連續(xù)浮雕壓模的使用壽命和填充效果不可兼顧，具體表現(xiàn)在陽模浮雕的尖銳頂部在壓印中易受損傷，而陰模壓印難以實現(xiàn)完全填充；其次三維聚合物結(jié)構(gòu)回彈控制缺乏有效的理論依據(jù)。這兩個問題已成為制約連續(xù)浮雕微光學(xué)元件高精度批量生產(chǎn)的主要技術(shù)瓶頸。
　　課題“基于熱壓印的連續(xù)浮雕結(jié)構(gòu)石英微

2、光學(xué)元件加工技術(shù)研究”針對上述兩個問題開展了理論分析和實驗研究，力圖為石英材料微光學(xué)元件的高精度、低成本的批量生產(chǎn)提供技術(shù)基礎(chǔ)。
　　本文完成的主要創(chuàng)新性工作如下：
　　1.提出了一種基于抗蝕劑整形的連續(xù)浮雕陰模壓印方法。該方法利用干法刻蝕將抗蝕劑薄膜整形為與壓模圖形區(qū)域一致的二維圖案，并基于對準(zhǔn)壓印，實現(xiàn)了在壓印之前壓模突起下方抗蝕劑薄層的清除，避免了其在非滑移邊界制約下的長距離橫向流動，及對壓模圖形區(qū)域填充的阻礙作用，獲

3、得了與陽模壓印相同的填充效果，降低了殘留層厚度。實驗表明：該方法可在15分鐘內(nèi)實現(xiàn)直徑10mm、深度795nm的連續(xù)浮雕微透鏡圖形區(qū)的完全填充，并將殘留層厚度由傳統(tǒng)壓印的466nm降低至206nm。
　　2.提出了一種用于保護連續(xù)浮雕陽模的止擋柵結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)為高于浮雕的柵形止擋結(jié)構(gòu)，可用于承載作用于壓模的總壓力，并以柵形設(shè)計減小結(jié)構(gòu)下方抗蝕劑所需橫向流動的距離，克服了連續(xù)浮雕陽模的尖銳頂部結(jié)構(gòu)在壓印中易受損傷的問題，并保持了陽模的

4、填充效果。實驗表明：具有止擋柵的陽模可在浮雕不受損傷的前提下，在10分鐘內(nèi)實現(xiàn)直徑8mm、深度1390nm的連續(xù)浮雕微透鏡圖形區(qū)域的理想填充。
　　3.建立了一種適用于Deform的Cross-WLF方程和線性彈性模型的組合模型。該模型分別以 Cross-WLF方程和線性彈性模型描述聚合物在填充過程中不可回復(fù)的粘性流動和可回復(fù)的普彈形變，利用該模型可用于分析脫模溫度在Tg以下的壓印中，參數(shù)對聚合物回彈的作用機理。實驗表明：聚合物填