为了解决在大尺寸非平整刚性衬底和易碎衬底上高效低成本批量化制造大面积微纳结构这一难题, 提出一种面向大面积微结构批量化制造的复合微纳压印光刻工艺。阐述了复合压印光刻的基本原理和工艺流程, 通过实验揭示了主要工艺参数(覆模速度、压印力、压印速度、固化时间)对于压印结构的影响及规律。最后, 利用课题组自主研发的复合压印光刻机, 并结合优化的工艺参数, 在3种不同的硬质基材(玻璃、PMMA、蓝宝石)上实现了微尺度柱状结构(最大图形区域为132 mm×119 mm)、微尺度光栅结构(最大直径为1524 cm的圆形区域)和纳尺度柱状结构(图形区域为47 mm×47 mm)的大面积微纳结构制造。研究结果表明, 提出的复合微纳米压印工艺为大面积微纳结构宏量可控制备、以及大尺寸非平整刚性衬底/易碎衬底大面积图形化提供了一种全新的解决方案, 具有广阔的工业化应用前景。

在综合分析了多种线性及非线性畸变后,建立了三次多项式图像系统畸变模型.采用基于控制点偏差目标函数最小优化法进行畸变模型的求解,并通过计算自标定偏差均方差与互标定偏差均方差对标定结果进行了评定.结果表明,模型求解误差为0.22 μm,通过校正标记图像几何畸变引入的定位误差由2.5 μm降低到0.25 μm,可实现压印对正系统中标记图像几何畸变的校正,实现精确定位.

压印光刻中套刻需要粗、精两级对正．实验采用一对斜纹结构光栅作为对正标记．利用物镜组观察光栅标记图像的边界特征进行粗对正，其准确度在精对正信号的捕捉范围内；利用光电接收器件阵列组合接收光栅莫尔信号，在莫尔信号的线区进行精对正．由于线性区的斜率大，精对正过程中得到相应x，y方向的对正误差信号灵敏度高，利用高灵敏度对正误差信号作为控制系统的驱动信号，对承片台进行驱动定位，实现精对正．最终使X，Y方向上的重复对正准确度分别达到了±21 nm(±3σ)和±24 nm(±3σ)．

针对在未做隔离保护处理的环境中，基于Michelson干涉原理的激光干涉仪测量系统存在严重的干扰误差，不适合分步式压印光刻纳米级对准测量的要求．采用Edlen公式的分析及计算，不仅在理论上揭示出环境温度、湿度、气压等变化对激光干涉仪测量准确度的影响，而且证明影响测量准确度的最大干扰源是空气流动的结果．通过气流隔离措施和系统测量反馈校正控制器，能够实时补偿激光干涉仪两路信号的相差．最终，测量漂移误差在10 min内由13 nm降低到5 nm以内，满足压印光刻在100 mm行程中达到20 nm定位准确度要求．

采用傅里叶光学的方法,分析了冷压印光刻中新型斜纹光栅对准标记的透光特性.分析表明,对准信号与光栅副相对位移之间是正弦变化关系,且对准位置附近是一个陡直的线性区.该区对准信号的灵敏度很高,适合于多层套刻对准,根据信号和位移的线性关系,给出初步的对准信号计算模型.由于抗蚀剂的存在,使晶片表面反射率随位移而变化,提出用反射率因子进行修正的方案.反射率因子中包含有位移信息,将其与初步对准信号模型相乘,得到修正的计算模型.由新模型,研究了抗蚀剂平均厚度不同对对准信号的影响,说明要获得高灵敏度的信号,抗蚀剂厚度应取满足压印条件的最小值.