[發明專利]一種多點接觸模式下的大面積納米壓印硅模具加工方法

有效

• 申請號: 201210237432.5
• 申請日: 2012-07-10
• 公開（公告）號: CN102736410A
• 公開（公告）日: 2012-10-17
• 發明（設計）人: 錢林茂;宋晨飛;吳治江;郭劍;余丙軍;周仲榮
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: G03F7/00
• 分類號: G03F7/00;B82Y10/00
• 代理公司: 成都博通專利事務所 51208
• 代理人: 陳樹明

技術領域

本發明涉及一種的納米壓印模具加工方法，尤其涉及一種多點接觸模式下的大面積納米壓印硅模具加工方法。

背景技術

納米科技是21世紀的主導產業，世界各國把納米科技作為研究和應用的重點，納米制造技術作為納米科技走向生產和生活的唯一途徑，受到科技工作者的廣泛關注。納米壓印技術因其分辨率高、速度快以及成本低等優勢而具備廣闊的應用前景，被納入2005版的國際半導體藍圖。納米壓印技術的基本原理是將一具有納米圖案的模具以機械力(高溫、高壓)在涂有高分子材料的硅基板上等比例復制納米圖案。納米壓印技術的加工分辨率不受光刻技術中最短曝光波長的物理限制，它只與加工模具的最小特征尺寸有關，因此具有極高的加工分辨率。模具的精度、均勻性、平整度等性質直接對壓印圖案的質量產生影響。

目前模具的制作已成為納米壓印技術研究的最大技術瓶頸，現有的制作技術都有各自的缺陷和局限性。例如：(1)電子束直寫技術：先在硅片上均勻覆蓋一層抗蝕劑，然后再用高能電子束進行曝光，接著顯影、去膠，再以PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)為掩膜進行反應離子刻蝕，將圖形轉移到Cr層上，然后以Cr層為掩膜，將圖形轉移到Si或者SiO₂層上，完成特征直寫，得到具有特征結構的納米壓印模具。顯然，該技術步驟復雜，不易操作，加工效率還比較低，而且容易受到電子束散射的影響而降低分辨率，同時電子束直寫設備昂貴。(2)電鑄工藝：首先利用熱壓印技術將母模的圖型轉移到PVC薄膜上；隨后在PVC薄膜上沉積Au/Ti種子層；最后，通過電沉積金屬技術得到鎳模具。采用該技術制作出來的模具粗糙度較大，影響加工精度。因此，目前納米壓印模具制作面臨著高成本、低效率、低精度等挑戰。

為推進納米壓印技術的發展和應用，需要發明一種成本低、效率高、精度高的加工技術用于納米壓印硅模具的制造。

發明內容

本發明的目的是提供一種低成本、高效率、高精度的納米壓印硅模具加工方法。該方法通過多點接觸模式下對硅片的簡單刻劃和后續腐蝕完成，操作簡單、重復性好，不需要復雜、昂貴的加工設備。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案為：一種多點接觸模式下的大面積納米壓印硅模具加工方法，其步驟是：

(1)將硅(100)單晶片置于多點接觸板垂直下方位置，再使硅(100)單晶片與多點接觸板兩者垂直相對運動至發生接觸，并達到設定的接觸載荷F；其中，多點接觸板的具體構成是：基底上固定有多個同樣大小的硬度大于硅(100)單晶片的微球，多個微球的頂點處于同一平面上；

(2)使多點接觸板和硅(100)單晶片按照設定軌跡相對運動，使多點接觸板對硅(100)單晶片進行刻劃；

(3)刻劃完成后，使硅(100)單晶片脫離多點接觸板，再將硅(100)單晶片放入質量分數為15～25％的KOH溶液中，腐蝕3～8分鐘，即得到具有設定結構的硅(100)單晶片納米壓印模具。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：

一、本發明在多點接觸模式下進行刻劃，刻劃時固定于多點接觸板上的多個微球同時并行在硅(100)單晶片上的多個位置上進行刻劃，刻劃效率高、時間短；刻劃完成后，在進行數分鐘的KOH整體腐蝕即加工出大面積(50mm×50mm)具有凸結構的納米壓印硅模具。

二、本發明不需要對硅(100)單晶片表面進行任何噴膠、曝光、顯影等復雜特殊處理，不需要外加電場，不依賴外界濕度、溫度，只需要簡單的機械刻劃和后續腐蝕即可完成加工，大幅降低了操作難道，降低了加工成本，提高了加工效率。

二、更換微球個數、大小、間距、排列不同的多點接觸板，即可方便地所加工出具有不同圖案的納米壓印硅模具，適用范圍廣。

上述的步驟(2)的刻劃過程中，所述的硅(100)單晶片與多點接觸板始終保持平行。

這樣能夠保證硅(100)單晶片上各加工點受力均勻，使得加工出的納米牙印模具結構均勻一致。

上述的設定的接觸載荷F為1～600mN/微球。

這樣的載荷值能夠誘導硅(100)單晶片發生相應的物理化學變化，從而能在后續的KOH腐蝕中產生掩模作用，而有效地加工出相應的凸結構。

下面結合附圖和具體的實施方式對本發明作進一步的詳細說明。

附圖說明

圖1A是本發明實施例一的方法(四點接觸模式)，對硅(100)單晶片進行加工所得的面狀壓印硅模具的三維形貌圖，圖1B是所加工結構的剖面輪廓圖。