[发明专利]连续浮雕阳模的止挡栅结构

说明书

技术领域

本发明属于微光学元件加工技术，主要涉及一种用于热压印的连续浮雕阳模的栅形止挡结构，即止挡栅结构。

背景技术

微光学元件是制造小型光电子系统的关键元件。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高精度、高重复性和低成本的批量加工。

热压印(Hot Embossing Lithography，HEL)是纳米压印技术的一个分支，由Stephen Y.Chou于1995年首次提出并提出专利申请，参见专利US5772905“Nanoimprint lithography”。相对于紫外压印，热压印聚合物可选择范围更为广泛，加工设备更简单，成本更低。

然而热压印加工连续浮雕微光学元件，会产生压模使用寿命和压印填充效果不可兼顾的问题。高昂的价格决定了连续浮雕压模需要有足够长的使用寿命；理想的填充效果是获得高精度连续浮雕光学元件的基本前提。一方面，对于相同的压模图形结构，阳模压印尽管具有理想的填充效果，但是其尖锐顶部结构在压印中极易受损伤，导致其使用寿命有限；另一方面，阴模压印中，图形区域以外的突起结构虽然可以有效保护浮雕安全，但是往往难以实现压模的完全填充。因此如何兼顾阳模的使用寿命和阴模的理想填充效果，是利用热压印实现高精度连续浮雕光学元件批量加工所必须解决的问题。

为此本课题组提出了一种光刻胶整形的方法，通过改进压印方法解决上述问题，参见专利200910073198.5“凹模热压印中应用光刻胶整形改善填充和减少残胶的方法”，及文献(PengJin，et al.Resist Shaping for Replication of Micro-optical Elements with Continuous Relief inFused Silica.Optics Letters.2010，35(8)：1169～1171)。此方法是在传统工艺的基础上增加了①对基片上的光刻胶薄层整形，获得与压模图案区域一致的光刻胶区域；②将压模与整形后的光刻胶对准两个步骤。此方法虽然改善了阴模的填充效果，但是引入附加工艺步骤，降低了工作效率。

为此，本专利通过改进压模结构，在不引入附加工艺步骤的前提下，解决压模使用寿命和压印填充效果不可兼顾的问题。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的不足，提供了一种用于热压印的阳模结构。在不牺牲压印效率的前提下，克服了现有热压印技术制作连续浮雕微光学元件普遍存在的连续浮雕压模使用寿命和压印填充效果难以兼顾的问题。

本发明的技术解决方案是：提出了一种用于热压印的连续浮雕阳模的止挡栅结构，在阳模的连续浮雕结构周边外围设有止挡栅结构，止挡栅结构下端面低于连续浮雕结构下端面。

本发明具有以下特点及良好效果：

本发明所提出了用于保护连续浮雕阳模的止挡栅结构。该止挡栅结构下端面低于连续浮雕结构下端面，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，并保持了阳模的良好填充效果。实验表明：具有止挡栅结构的阳模可在浮雕不受损伤的前提下，在10分钟内实现直径7mm、深度1390nm的连续浮雕微透镜图形区域的理想填充。

附图说明

图1为具有止挡栅结构的阳模剖面示意图

图2为具有止挡栅结构的阳模实际设计结果

a)具有止挡栅结构的阳模设计结构图

b)具有止挡栅结构的阳模轮廓图

图3为具有止挡栅结构的阳模压印示意图

图4为不同止挡栅线宽所得到的压印曲线

图5为采用相同压印参数及不同压模得到的填充效果对比

a)阴模压印的中央环带填充效果

b)阴模压印的边缘环带填充效果

c)止挡栅阳模压印的中央环带填充效果

d)止挡栅阳模压印的边缘环带填充效果

具体实施方式

本发明属于一种用于热压印的连续浮雕阳模止挡栅结构，如图1、图2所示；该止挡栅结构12位于连续浮雕结构11的外围，止挡栅结构下端面13低于连续浮雕结构下端面14。连续浮雕阳模止挡栅结构12参数的设计原则包括以下五个方面：

①止挡栅结构12高度：在压模实际加工的精度及一致性可保证止挡栅结构下端面13低于连续浮雕结构下端面14的前提下，选取最小值；

②止挡栅结构下端面13的总面积：在压力完全作用于止挡栅结构12时，其最大压力应小于压模材料抗压强度的三分之一；