利用紫外光刻和反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)在石英襯底上制備二維亞波長結(jié)構(gòu)的壓印模板, 并對模板進(jìn)行表面修飾。研究了主要刻蝕工藝參數(shù)對刻蝕速率及刻蝕形貌的影響。增加工作氣壓, 刻蝕速率先增大到最大值, 然后下降; 增加射頻功率可以提高刻蝕速率, 但功率過大會導(dǎo)致刻蝕產(chǎn)物發(fā)生二次沉積; 延長刻蝕時間可以增加刻蝕深度, 但時間過長會發(fā)生過刻蝕現(xiàn)象。在優(yōu)化的刻蝕工藝條件下制備出了較為理想的亞波長石英模板。經(jīng)表面修飾后, 模板表面與水的接觸角增大, 有效克服了壓印膠的粘連, 并在ZnS 襯底上壓印出了良好的二維亞波長結(jié)構(gòu)圖形。

　　二維亞波長結(jié)構(gòu)是指特征尺寸與入射光波長相當(dāng)或比入射光波長更小的周期性表面結(jié)構(gòu)。與傳統(tǒng)抗反射薄膜相比, 二維亞波長結(jié)構(gòu)表面具有很好的抗反射效果, 并且不存在與襯底間的界面結(jié)合、熱膨脹系數(shù)適配及折射率匹配等問題, 此外還具有抗輻射、寬視角、寬波段透射等優(yōu)點(diǎn)。因此, 抗反射二維亞波長結(jié)構(gòu)表面的制備及應(yīng)用得到了廣泛的研究。

　　Kart ika 等以鎳納米顆粒為掩模, 用電感耦合等離子體刻蝕在氮化硅表面制備了二維亞波長結(jié)構(gòu); Leem 等采用激光干涉光刻和反應(yīng)離子刻蝕在玻璃襯底上制備出摻鋁氧化鋅( AZO) 亞波長結(jié)構(gòu);李以貴等采用X 光光刻和顯影技術(shù)制備了高深寬比的聚甲基丙烯酸甲酯( PMMA) 抗反射結(jié)構(gòu); Sun等采用SiO2 納米顆粒為掩模, 在硅表面制備了寬波段抗反射蛾眼結(jié)構(gòu); 本課題組徐啟遠(yuǎn)等采用紫外光刻和反應(yīng)離子刻蝕在ZnS 表面制備了8~ 12 um波段范圍內(nèi)增透的二維亞波長結(jié)構(gòu)。但這些制備方法成本較高, 并且不適用于在大面積襯底上制備亞波長結(jié)構(gòu)。納米壓印( NIL) 技術(shù)可以大批量重復(fù)性地在大面積襯底上制備微納米結(jié)構(gòu)圖形, 并且所制出的高分辨率圖案具有相當(dāng)好的均勻性和重復(fù)性,與極端紫外線光刻, X 射線光刻和電子束光刻等工藝相比,NIL 技術(shù)具有很強(qiáng)競爭力和廣闊的應(yīng)用前景, 因此可被用來制備抗反射二維亞波長結(jié)構(gòu)表面。自從Chou 等發(fā)明NIL 以來, NIL 受得了廣泛的關(guān)注, 其中高質(zhì)量的壓印模板的制備是NIL 技術(shù)的關(guān)鍵問題之一。

　　本論文針對所設(shè)計的ZnS 紅外窗口的二維亞波長結(jié)構(gòu)抗反射表面, 采用傳統(tǒng)的紫外掩模光刻技術(shù)及反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)在雙面拋光的石英襯底上制備紅外抗反射二維亞波長結(jié)構(gòu)表面的壓印模板, 并對模板進(jìn)行表面修飾, 最后在ZnS 襯底上壓印了二維亞波長結(jié)構(gòu)。

結(jié)論

　　針對ZnS 窗口的抗反射二維亞波長結(jié)構(gòu)表面,采用傳統(tǒng)光刻和RIE 技術(shù)在石英襯底上制備了紫外壓印模板, 并進(jìn)行了表面修飾, 研究了主要刻蝕工藝參數(shù)對石英亞波長結(jié)構(gòu)的刻蝕速率影響。研究結(jié)果表明, 刻蝕速率隨著工作氣壓強(qiáng)的增加先增大后減小, 隨著射頻功率的增大呈線性增大; 刻蝕深度隨刻蝕時間的增加而增加, 最后趨于穩(wěn)定。但功率過大會導(dǎo)致刻蝕產(chǎn)物發(fā)生二次沉積; 刻蝕時間過長, 會發(fā)生過刻蝕現(xiàn)象。在優(yōu)化的工藝條件下, 在石英襯底上制備出圖案清晰、表面光滑, 均勻性好、保真性高的亞波長結(jié)構(gòu)。經(jīng)表面修飾后, 模板與水的表面接觸角顯著增大; 初步的壓印試驗(yàn)表明, 表面修飾有效降低了模板與壓印膠層之間的相互作用, 克服了粘連現(xiàn)象, 并在ZnS 襯底上壓印出了良好的亞波長結(jié)構(gòu)圖形。