一種用于熱壓印的連續(xù)浮雕陽(yáng)模的制作方法
【專利摘要】一種用于熱壓印的連續(xù)浮雕陽(yáng)模屬于微光學(xué)元件加工技術(shù)，在不引入附加工藝步驟的前提下，解決了壓模使用壽命和壓印填充效果不可兼顧的技術(shù)問(wèn)題；包括陽(yáng)模的連續(xù)浮雕結(jié)構(gòu)和止擋柵結(jié)構(gòu)；多個(gè)止擋柵結(jié)構(gòu)圓周均布在陽(yáng)模的連續(xù)浮雕結(jié)構(gòu)的周邊外圍，且每個(gè)止擋柵結(jié)構(gòu)下端面均低于連續(xù)浮雕結(jié)構(gòu)下端面；在陽(yáng)模的連續(xù)浮雕結(jié)構(gòu)的周邊外圍設(shè)有止擋柵結(jié)構(gòu)，止擋柵結(jié)構(gòu)下端面低于連續(xù)浮雕結(jié)構(gòu)下端面，用于承載作用于壓模的總壓力，并以柵形設(shè)計(jì)減小結(jié)構(gòu)下方抗蝕劑所需橫向流動(dòng)的距離，克服了連續(xù)浮雕陽(yáng)模的尖銳頂部結(jié)構(gòu)在壓印中易受損傷的問(wèn)題，并保持了陽(yáng)模的良好填充效果。
【專利說(shuō)明】一種用于熱壓印的連續(xù)浮雕陽(yáng)模

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于微光學(xué)元件加工技術(shù)，具體涉及一種用于熱壓印的連續(xù)浮雕陽(yáng)模。

【背景技術(shù)】
[0002] 微光學(xué)元件是制造小型光電子系統(tǒng)的關(guān)鍵元件。熱壓印結(jié)合反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)實(shí) 現(xiàn)石英材料連續(xù)浮雕高精度、高重復(fù)性和低成本的微光學(xué)元件。
[0003] 然而熱壓印加工連續(xù)浮雕微光學(xué)元件，會(huì)產(chǎn)生壓模使用壽命和壓印填充效果不可 兼顧的問(wèn)題。高昂的價(jià)格決定了連續(xù)浮雕壓模需要有足夠長(zhǎng)的使用壽命；理想的填充效果 是獲得高精度連續(xù)浮雕光學(xué)元件的基本前提。一方面，對(duì)于相同的壓模圖形結(jié)構(gòu)，陽(yáng)模壓印 盡管具有理想的填充效果，但是其尖銳頂部結(jié)構(gòu)在壓印中極易受損傷，導(dǎo)致其使用壽命有 限；另一方面，陰模壓印中，圖形區(qū)域以外的突起結(jié)構(gòu)雖然可以有效保護(hù)浮雕安全，但是往 往難以實(shí)現(xiàn)壓模的完全填充。因此如何兼顧陽(yáng)模的使用壽命和陰模的理想填充效果，是利 用熱壓印實(shí)現(xiàn)高精度連續(xù)浮雕光學(xué)元件批量加工所必須解決的問(wèn)題。
[0004] 在專利號(hào)為200910073198. 5,發(fā)明名稱為"凹模熱壓印中應(yīng)用光刻膠整形改善填 充和減少殘膠的方法"的發(fā)明專利中提出了一種光刻膠整形的方法，該方法是在傳統(tǒng)工藝 的基礎(chǔ)上增加了①對(duì)基片上的光刻膠薄層整形，獲得與壓模圖案區(qū)域一致的光刻膠區(qū)域； ②將壓模與整形后的光刻膠對(duì)準(zhǔn)兩個(gè)步驟。此方法雖然改善了陰模的填充效果，但是引入 附加工藝步驟，降低了工作效率。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種用于熱壓印的連續(xù)浮雕陽(yáng)模，在不引入附加工藝步驟的 前提下，解決壓模使用壽命和壓印填充效果不可兼顧的技術(shù)問(wèn)題。
[0006] 本發(fā)明一種用于熱壓印的連續(xù)浮雕陽(yáng)模包括陽(yáng)模的連續(xù)浮雕結(jié)構(gòu)和止擋柵結(jié)構(gòu)； 多個(gè)止擋柵結(jié)構(gòu)圓周均布在陽(yáng)模的連續(xù)浮雕結(jié)構(gòu)的周邊外圍，且每個(gè)止擋柵結(jié)構(gòu)下端面均 低于連續(xù)浮雕結(jié)構(gòu)下端面。
[0007] 所述多個(gè)止擋柵結(jié)構(gòu)的數(shù)量為4個(gè)。
[0008] 所述止擋柵結(jié)構(gòu)的參數(shù)設(shè)計(jì)原則包括以下五個(gè)方面：
[0009] a、止擋柵結(jié)構(gòu)高度：在壓模實(shí)際加工的精度及一致性保證止擋柵結(jié)構(gòu)下端面低于 連續(xù)浮雕結(jié)構(gòu)下端面的前提下，選取最小值；
[0010] b、止擋柵結(jié)構(gòu)下端面的總面積：保證壓力完全作用于止擋柵結(jié)構(gòu)時(shí)，最大壓力小 于壓模材料抗壓強(qiáng)度的三分之一；
[0011] c、止擋柵結(jié)構(gòu)的線寬：在止擋柵結(jié)構(gòu)的總面積不變的前提下，兼顧壓模加工實(shí)際 能力，并根據(jù)壓模結(jié)構(gòu)、壓印參數(shù)及抗蝕劑流動(dòng)特性，選取較小的線寬。
[0012] d、止擋柵結(jié)構(gòu)的占空比：止擋柵結(jié)構(gòu)的占空比小于連續(xù)浮雕結(jié)構(gòu)的占空比。
[0013] f、止擋柵結(jié)構(gòu)與連續(xù)浮雕結(jié)構(gòu)邊緣的距離：保證引入的止擋柵結(jié)構(gòu)對(duì)連續(xù)浮雕光 學(xué)性能的影響可以忽略。
[0014] 本發(fā)明的有益技術(shù)效果：本發(fā)明的止擋柵結(jié)構(gòu)用于保護(hù)連續(xù)浮雕陽(yáng)模結(jié)構(gòu)，該止 擋柵結(jié)構(gòu)下端面低于連續(xù)浮雕結(jié)構(gòu)下端面，用于承載作用于壓模的總壓力，并以柵形設(shè)計(jì) 減小陽(yáng)模的連續(xù)浮雕結(jié)構(gòu)下方抗蝕劑所需橫向流動(dòng)的距離，克服了連續(xù)浮雕陽(yáng)模的尖銳頂 部結(jié)構(gòu)在壓印中易受損傷的問(wèn)題，提高了使用壽命；實(shí)驗(yàn)表明具有止擋柵結(jié)構(gòu)的陽(yáng)?？稍?浮雕不受損傷的前提下，在10分鐘內(nèi)實(shí)現(xiàn)直徑7_、深度1390nm的連續(xù)浮雕微透鏡圖形區(qū) 域的理想填充，具有良好填充效果。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了在不降低壓印效率的前提下，克服了連續(xù) 浮雕微光學(xué)元件普遍存在的連續(xù)浮雕壓模使用壽命和壓印填充效果難以兼顧的問(wèn)題。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015] 圖1為本發(fā)明一種用于熱壓印的連續(xù)浮雕陽(yáng)模的立體圖；
[0016] 圖2為本發(fā)明一種用于熱壓印的連續(xù)浮雕陽(yáng)模的結(jié)構(gòu)圖；
[0017] 圖3為本發(fā)明一種用于熱壓印的連續(xù)浮雕陽(yáng)模沿a-a的剖視圖；
[0018] 圖4為本發(fā)明一種用于熱壓印的連續(xù)浮雕陽(yáng)模的放大圖A ;
[0019] 圖5為本發(fā)明一種用于熱壓印的連續(xù)浮雕陽(yáng)模的不同止擋柵線寬所得到的壓印 曲線；
[0020] 圖6為本發(fā)明一種用于熱壓印的連續(xù)浮雕陽(yáng)模采用相同壓印參數(shù)及不同壓模得 到的填充效果對(duì)比；
[0021] a)陰模壓印的中央環(huán)帶填充效果；
[0022] b)陰模壓印的邊緣環(huán)帶填充效果；
[0023] c)止擋柵陽(yáng)模壓印的中央環(huán)帶填充效果；
[0024] d)止擋柵陽(yáng)模壓印的邊緣環(huán)帶填充效果；
[0025] 其中，1、陽(yáng)模的連續(xù)浮雕結(jié)構(gòu)，2、止擋柵結(jié)構(gòu)。

【具體實(shí)施方式】
[0026] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步闡述。

【具體實(shí)施方式】 [0027] 一：
[0028] 參見(jiàn)附圖1、附圖2、附圖3、附圖4和附圖5,本發(fā)明一種用于熱壓印的連續(xù)浮雕陽(yáng) 模包括陽(yáng)模的連續(xù)浮雕結(jié)構(gòu)1和止擋柵結(jié)構(gòu)2 ;多個(gè)止擋柵結(jié)構(gòu)2圓周均布在陽(yáng)模的連續(xù) 浮雕結(jié)構(gòu)1的周邊外圍，且每個(gè)止擋柵結(jié)構(gòu)2下端面均低于連續(xù)浮雕結(jié)構(gòu)下端面。
[0029] 所述多個(gè)止擋柵結(jié)構(gòu)2的數(shù)量為4個(gè)。
[0030] 所述止擋柵結(jié)構(gòu)2的參數(shù)設(shè)計(jì)原則包括以下五個(gè)方面：
[0031] a、止擋柵結(jié)構(gòu)2高度：保證止擋柵結(jié)構(gòu)2下端面低于連續(xù)浮雕結(jié)構(gòu)下端面的前提 下，選取最小值；
[0032] b、止擋柵結(jié)構(gòu)2下端面的總面積：保證壓力完全作用于止擋柵結(jié)構(gòu)2時(shí)，最大壓力 應(yīng)小于壓模材料抗壓強(qiáng)度的三分之一；
[0033] c、止擋柵結(jié)構(gòu)2的線寬：在止擋柵結(jié)構(gòu)2的總面積不變的前提下，兼顧壓模加工實(shí) 際能力，并根據(jù)壓模結(jié)構(gòu)、壓印參數(shù)及抗蝕劑流動(dòng)特性，選取較小的線寬。
[0034] d、止擋柵結(jié)構(gòu)2的占空比：止擋柵結(jié)構(gòu)2的占空比要小于連續(xù)浮雕結(jié)構(gòu)的占空比。
[0035] f、止擋柵結(jié)構(gòu)2與連續(xù)浮雕結(jié)構(gòu)邊緣的距離：保證引入的止擋柵結(jié)構(gòu)2對(duì)連續(xù)浮 雕光學(xué)性能的影響可以忽略。

【具體實(shí)施方式】 [0036] 二：
[0037] 本實(shí)施例與實(shí)施例一的區(qū)別在于，連續(xù)浮雕陽(yáng)模的止擋柵結(jié)構(gòu)2參數(shù)的具體設(shè)計(jì) 參數(shù)如下：
[0038] 1、止擋柵結(jié)構(gòu)2高度為1485nm。壓模圖形區(qū)連續(xù)浮雕結(jié)構(gòu)的高度為1385nm，止擋 柵下端面低于連續(xù)浮雕結(jié)構(gòu)下端面l〇〇nm，從而止擋柵下端面先于連續(xù)浮雕結(jié)構(gòu)下端面接 觸到硬質(zhì)基底，減少了連續(xù)浮雕結(jié)構(gòu)頂部受損的可能。IOOnm僅為連續(xù)浮雕高度的1/14,對(duì) 后續(xù)圖形傳遞影響較小。
[0039] 2、止擋柵結(jié)構(gòu)2下端面的總面積為I. 76mm2。根據(jù)壓模結(jié)構(gòu)其選取的最大壓力 為600N，全部壓力均作用于止擋柵結(jié)構(gòu)2時(shí)的應(yīng)力約為340MPa，僅為熔融石英的抗壓強(qiáng)度 IlOOMPa的30%。因此足夠大的總面積有效地避免了止擋柵結(jié)構(gòu)2被壓碎。
[0040] 3、止擋柵結(jié)構(gòu)線寬s = 30 μπι。根據(jù)Schift擠壓流理論，在壓模的圖形區(qū)域半徑 r°= 5mm、抗蝕劑為Micro Resist公司分子量75Kg/mol的ΡΜΜΑ，其在溫度180°C時(shí)的零剪 切粘度η °= 〇. 6MPa · s、壓力F = 600N、初始抗蝕劑厚度h °= 850nm，根據(jù)下面公式：

【權(quán)利要求】
1. 一種用于熱壓印的連續(xù)浮雕陽(yáng)模，其特征在于，包括陽(yáng)模的連續(xù)浮雕結(jié)構(gòu)（1)和止 擋柵結(jié)構(gòu)（2);多個(gè)止擋柵結(jié)構(gòu)似圓周均布在陽(yáng)模的連續(xù)浮雕結(jié)構(gòu)（1)的周邊外圍，且每 個(gè)止擋柵結(jié)構(gòu)（2)下端面均低于連續(xù)浮雕結(jié)構(gòu)下端面。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于熱壓印的連續(xù)浮雕陽(yáng)模，其特征在于，所述多個(gè)止 擋柵結(jié)構(gòu)（2)的數(shù)量為4個(gè)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于熱壓印的連續(xù)浮雕陽(yáng)模，其特征在于，所述止擋柵 結(jié)構(gòu)（2)的參數(shù)設(shè)計(jì)原則包括W下五個(gè)方面： a、 止擋柵結(jié)構(gòu)（2)高度；保證止擋柵結(jié)構(gòu)2下端面低于陽(yáng)模的連續(xù)浮雕結(jié)構(gòu)（1)下端 面的前提下，選取最小值； b、 止擋柵結(jié)構(gòu)（2)下端面的總面積；保證壓力完全作用于止擋柵結(jié)構(gòu)2時(shí)，最大壓力小 于壓模材料抗壓強(qiáng)度的=分之一； C、止擋柵結(jié)構(gòu)（2)的線寬；在止擋柵結(jié)構(gòu)2的總面積不變及結(jié)構(gòu)平坦的前提下，兼顧壓 模加工實(shí)際能力，并根據(jù)壓模結(jié)構(gòu)、壓印參數(shù)及抗蝕劑流動(dòng)特性，選取較小的線寬； t止擋柵結(jié)構(gòu)（2)的占空比；止擋柵結(jié)構(gòu)（2)的占空比小于陽(yáng)模的連續(xù)浮雕結(jié)構(gòu)（1) 的占空比； f、止擋柵結(jié)構(gòu)（2)與連續(xù)浮雕結(jié)構(gòu)邊緣的距離：保證引入的止擋柵結(jié)構(gòu)（2)對(duì)連續(xù)浮 雕光學(xué)性能的影響可W忽略。
【文檔編號(hào)】G03F7/00GK104460229SQ201410840149
【公開(kāi)日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年12月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月30日
【發(fā)明者】梅林 , 張立超, 隋永新, 楊懷江 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所