摘要: 热压印结合反应离子刻蚀技术可实现石英材料连续浮雕微光学元件的高精度、高重复性和低成本的批量加工。然而目前基底表面抗蚀剂的连续浮雕热压印技术仍存在以下两个问题：首先连续浮雕压模的使用寿命和填充效果不可兼顾，具体表现在阳模浮雕的尖锐顶... 展开 热压印结合反应离子刻蚀技术可实现石英材料连续浮雕微光学元件的高精度、高重复性和低成本的批量加工。然而目前基底表面抗蚀剂的连续浮雕热压印技术仍存在以下两个问题：首先连续浮雕压模的使用寿命和填充效果不可兼顾，具体表现在阳模浮雕的尖锐顶部在压印中易受损伤，而阴模压印难以实现完全填充；其次三维聚合物结构回弹控制缺乏有效的理论依据。这两个问题已成为制约连续浮雕微光学元件高精度批量生产的主要技术瓶颈。 课题“基于热压印的连续浮雕结构石英微光学元件加工技术研究”针对上述两个问题开展了理论分析和实验研究，力图为石英材料微光学元件的高精度、低成本的批量生产提供技术基础。 本文完成的主要创新性工作如下： 1.提出了一种基于抗蚀剂整形的连续浮雕阴模压印方法。该方法利用干法刻蚀将抗蚀剂薄膜整形为与压模图形区域一致的二维图案，并基于对准压印，实现了在压印之前压模突起下方抗蚀剂薄层的清除，避免了其在非滑移边界制约下的长距离横向流动，及对压模图形区域填充的阻碍作用，获得了与阳模压印相同的填充效果，降低了残留层厚度。实验表明：该方法可在15分钟内实现直径10mm、深度795nm的连续浮雕微透镜图形区的完全填充，并将残留层厚度由传统压印的466nm降低至206nm。 2.提出了一种用于保护连续浮雕阳模的止挡栅结构。该结构为高于浮雕的栅形止挡结构，可用于承载作用于压模的总压力，并以栅形设计减小结构下方抗蚀剂所需横向流动的距离，克服了连续浮雕阳模的尖锐顶部结构在压印中易受损伤的问题，并保持了阳模的填充效果。实验表明：具有止挡栅的阳模可在浮雕不受损伤的前提下，在10分钟内实现直径8mm、深度1390nm的连续浮雕微透镜图形区域的理想填充。 3.建立了一种适用于Deform的Cross-WLF方程和线性弹性模型的组合模型。该模型分别以 Cross-WLF方程和线性弹性模型描述聚合物在填充过程中不可回复的粘性流动和可回复的普弹形变，利用该模型可用于分析脱模温度在Tg以下的压印中，参数对聚合物回弹的作用机理。实验表明：聚合物填充过程中积累的弹性应力分量在脱模后的释放是回弹现象产生的内在原因；利用该模型在压印时间为100s、200s和400s时所得仿真结果，相较于实验所得回弹形貌的相对深度误差均小于4%。 最后本文使用反应离子刻蚀将抗蚀剂的连续浮雕传递到石英材料中，其刻蚀选择比为1:1.01、样品表面粗糙度为2nm。最终加工结果的最大加工误差发生在中央环带，其轮廓的均方根误差约为5.41%，绝对平均误差为40nm，约为轮廓深度的2.9%。 收起