一种用于热压印的连续浮雕阳模的制作方法
【专利摘要】一种用于热压印的连续浮雕阳模属于微光学元件加工技术，在不引入附加工艺步骤的前提下，解决了压模使用寿命和压印填充效果不可兼顾的技术问题；包括阳模的连续浮雕结构和止挡栅结构；多个止挡栅结构圆周均布在阳模的连续浮雕结构的周边外围，且每个止挡栅结构下端面均低于连续浮雕结构下端面；在阳模的连续浮雕结构的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，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。
【专利说明】一种用于热压印的连续浮雕阳模
【技术领域】
[0001] 本发明属于微光学元件加工技术，具体涉及一种用于热压印的连续浮雕阳模。
【背景技术】
[0002] 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实 现石英材料连续浮雕高精度、高重复性和低成本的微光学元件。
[0003] 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。
[0004] 在专利号为200910073198. 5,发明名称为"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"的发明专利中提出了一种光刻胶整形的方法，该方法是在传统工艺 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。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种用于热压印的连续浮雕阳模，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技术问题。
[0006] 本发明一种用于热压印的连续浮雕阳模包括阳模的连续浮雕结构和止挡栅结构； 多个止挡栅结构圆周均布在阳模的连续浮雕结构的周边外围，且每个止挡栅结构下端面均 低于连续浮雕结构下端面。
[0007] 所述多个止挡栅结构的数量为4个。
[0008] 所述止挡栅结构的参数设计原则包括以下五个方面：
[0009] a、止挡栅结构高度：在压模实际加工的精度及一致性保证止挡栅结构下端面低于 连续浮雕结构下端面的前提下，选取最小值；
[0010] b、止挡栅结构下端面的总面积：保证压力完全作用于止挡栅结构时，最大压力小 于压模材料抗压强度的三分之一；
[0011] c、止挡栅结构的线宽：在止挡栅结构的总面积不变的前提下，兼顾压模加工实际 能力，并根据压模结构、压印参数及抗蚀剂流动特性，选取较小的线宽。
[0012] d、止挡栅结构的占空比：止挡栅结构的占空比小于连续浮雕结构的占空比。
[0013] f、止挡栅结构与连续浮雕结构边缘的距离：保证引入的止挡栅结构对连续浮雕光 学性能的影响可以忽略。
[0014] 本发明的有益技术效果：本发明的止挡栅结构用于保护连续浮雕阳模结构，该止 挡栅结构下端面低于连续浮雕结构下端面，用于承载作用于压模的总压力，并以栅形设计 减小阳模的连续浮雕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，提高了使用寿命；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7_、深度1390nm的连续浮雕微透镜图形区 域的理想填充，具有良好填充效果。本发明实现了在不降低压印效率的前提下，克服了连续 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。
【专利附图】
【附图说明】
[0015] 图1为本发明一种用于热压印的连续浮雕阳模的立体图；
[0016] 图2为本发明一种用于热压印的连续浮雕阳模的结构图；
[0017] 图3为本发明一种用于热压印的连续浮雕阳模沿a-a的剖视图；
[0018] 图4为本发明一种用于热压印的连续浮雕阳模的放大图A ;
[0019] 图5为本发明一种用于热压印的连续浮雕阳模的不同止挡栅线宽所得到的压印 曲线；
[0020] 图6为本发明一种用于热压印的连续浮雕阳模采用相同压印参数及不同压模得 到的填充效果对比；
[0021] a)阴模压印的中央环带填充效果；
[0022] b)阴模压印的边缘环带填充效果；
[0023] c)止挡栅阳模压印的中央环带填充效果；
[0024] d)止挡栅阳模压印的边缘环带填充效果；
[0025] 其中，1、阳模的连续浮雕结构，2、止挡栅结构。
【具体实施方式】
[0026] 下面结合附图对本发明作进一步阐述。
【具体实施方式】 [0027] 一：
[0028] 参见附图1、附图2、附图3、附图4和附图5,本发明一种用于热压印的连续浮雕阳 模包括阳模的连续浮雕结构1和止挡栅结构2 ;多个止挡栅结构2圆周均布在阳模的连续 浮雕结构1的周边外围，且每个止挡栅结构2下端面均低于连续浮雕结构下端面。
[0029] 所述多个止挡栅结构2的数量为4个。
[0030] 所述止挡栅结构2的参数设计原则包括以下五个方面：
[0031] a、止挡栅结构2高度：保证止挡栅结构2下端面低于连续浮雕结构下端面的前提 下，选取最小值；
[0032] b、止挡栅结构2下端面的总面积：保证压力完全作用于止挡栅结构2时，最大压力 应小于压模材料抗压强度的三分之一；
[0033] c、止挡栅结构2的线宽：在止挡栅结构2的总面积不变的前提下，兼顾压模加工实 际能力，并根据压模结构、压印参数及抗蚀剂流动特性，选取较小的线宽。
[0034] d、止挡栅结构2的占空比：止挡栅结构2的占空比要小于连续浮雕结构的占空比。
[0035] f、止挡栅结构2与连续浮雕结构边缘的距离：保证引入的止挡栅结构2对连续浮 雕光学性能的影响可以忽略。
【具体实施方式】 [0036] 二：
[0037] 本实施例与实施例一的区别在于，连续浮雕阳模的止挡栅结构2参数的具体设计 参数如下：
[0038] 1、止挡栅结构2高度为1485nm。压模图形区连续浮雕结构的高度为1385nm，止挡 栅下端面低于连续浮雕结构下端面l〇〇nm，从而止挡栅下端面先于连续浮雕结构下端面接 触到硬质基底，减少了连续浮雕结构顶部受损的可能。IOOnm仅为连续浮雕高度的1/14,对 后续图形传递影响较小。
[0039] 2、止挡栅结构2下端面的总面积为I. 76mm2。根据压模结构其选取的最大压力 为600N，全部压力均作用于止挡栅结构2时的应力约为340MPa，仅为熔融石英的抗压强度 IlOOMPa的30%。因此足够大的总面积有效地避免了止挡栅结构2被压碎。
[0040] 3、止挡栅结构线宽s = 30 μπι。根据Schift挤压流理论，在压模的图形区域半径 r°= 5mm、抗蚀剂为Micro Resist公司分子量75Kg/mol的ΡΜΜΑ，其在温度180°C时的零剪 切粘度η °= 〇. 6MPa · s、压力F = 600N、初始抗蚀剂厚度h °= 850nm，根据下面公式：
【权利要求】
1. 一种用于热压印的连续浮雕阳模，其特征在于，包括阳模的连续浮雕结构（1)和止 挡栅结构（2);多个止挡栅结构似圆周均布在阳模的连续浮雕结构（1)的周边外围，且每 个止挡栅结构（2)下端面均低于连续浮雕结构下端面。
2. 根据权利要求1所述的一种用于热压印的连续浮雕阳模，其特征在于，所述多个止 挡栅结构（2)的数量为4个。
3. 根据权利要求1所述的一种用于热压印的连续浮雕阳模，其特征在于，所述止挡栅 结构（2)的参数设计原则包括W下五个方面： a、 止挡栅结构（2)高度；保证止挡栅结构2下端面低于阳模的连续浮雕结构（1)下端 面的前提下，选取最小值； b、 止挡栅结构（2)下端面的总面积；保证压力完全作用于止挡栅结构2时，最大压力小 于压模材料抗压强度的=分之一； C、止挡栅结构（2)的线宽；在止挡栅结构2的总面积不变及结构平坦的前提下，兼顾压 模加工实际能力，并根据压模结构、压印参数及抗蚀剂流动特性，选取较小的线宽； t止挡栅结构（2)的占空比；止挡栅结构（2)的占空比小于阳模的连续浮雕结构（1) 的占空比； f、止挡栅结构（2)与连续浮雕结构边缘的距离：保证引入的止挡栅结构（2)对连续浮 雕光学性能的影响可W忽略。
【文档编号】G03F7/00GK104460229SQ201410840149
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月30日 优先权日:2014年12月30日
【发明者】梅林 , 张立超, 隋永新, 杨怀江 申请人:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所