[发明专利]一种多点接触模式下的大面积纳米压印硅模具加工方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种的纳米压印模具加工方法，尤其涉及一种多点接触模式下的大面积纳米压印硅模具加工方法。

背景技术

纳米科技是21世纪的主导产业，世界各国把纳米科技作为研究和应用的重点，纳米制造技术作为纳米科技走向生产和生活的唯一途径，受到科技工作者的广泛关注。纳米压印技术因其分辨率高、速度快以及成本低等优势而具备广阔的应用前景，被纳入2005版的国际半导体蓝图。纳米压印技术的基本原理是将一具有纳米图案的模具以机械力(高温、高压)在涂有高分子材料的硅基板上等比例复制纳米图案。纳米压印技术的加工分辨率不受光刻技术中最短曝光波长的物理限制，它只与加工模具的最小特征尺寸有关，因此具有极高的加工分辨率。模具的精度、均匀性、平整度等性质直接对压印图案的质量产生影响。

目前模具的制作已成为纳米压印技术研究的最大技术瓶颈，现有的制作技术都有各自的缺陷和局限性。例如：(1)电子束直写技术：先在硅片上均匀覆盖一层抗蚀剂，然后再用高能电子束进行曝光，接着显影、去胶，再以PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)为掩膜进行反应离子刻蚀，将图形转移到Cr层上，然后以Cr层为掩膜，将图形转移到Si或者SiO₂层上，完成特征直写，得到具有特征结构的纳米压印模具。显然，该技术步骤复杂，不易操作，加工效率还比较低，而且容易受到电子束散射的影响而降低分辨率，同时电子束直写设备昂贵。(2)电铸工艺：首先利用热压印技术将母模的图型转移到PVC薄膜上；随后在PVC薄膜上沉积Au/Ti种子层；最后，通过电沉积金属技术得到镍模具。采用该技术制作出来的模具粗糙度较大，影响加工精度。因此，目前纳米压印模具制作面临着高成本、低效率、低精度等挑战。

为推进纳米压印技术的发展和应用，需要发明一种成本低、效率高、精度高的加工技术用于纳米压印硅模具的制造。

发明内容

本发明的目的是提供一种低成本、高效率、高精度的纳米压印硅模具加工方法。该方法通过多点接触模式下对硅片的简单刻划和后续腐蚀完成，操作简单、重复性好，不需要复杂、昂贵的加工设备。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：一种多点接触模式下的大面积纳米压印硅模具加工方法，其步骤是：

(1)将硅(100)单晶片置于多点接触板垂直下方位置，再使硅(100)单晶片与多点接触板两者垂直相对运动至发生接触，并达到设定的接触载荷F；其中，多点接触板的具体构成是：基底上固定有多个同样大小的硬度大于硅(100)单晶片的微球，多个微球的顶点处于同一平面上；

(2)使多点接触板和硅(100)单晶片按照设定轨迹相对运动，使多点接触板对硅(100)单晶片进行刻划；

(3)刻划完成后，使硅(100)单晶片脱离多点接触板，再将硅(100)单晶片放入质量分数为15～25％的KOH溶液中，腐蚀3～8分钟，即得到具有设定结构的硅(100)单晶片纳米压印模具。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

一、本发明在多点接触模式下进行刻划，刻划时固定于多点接触板上的多个微球同时并行在硅(100)单晶片上的多个位置上进行刻划，刻划效率高、时间短；刻划完成后，在进行数分钟的KOH整体腐蚀即加工出大面积(50mm×50mm)具有凸结构的纳米压印硅模具。

二、本发明不需要对硅(100)单晶片表面进行任何喷胶、曝光、显影等复杂特殊处理，不需要外加电场，不依赖外界湿度、温度，只需要简单的机械刻划和后续腐蚀即可完成加工，大幅降低了操作难道，降低了加工成本，提高了加工效率。

二、更换微球个数、大小、间距、排列不同的多点接触板，即可方便地所加工出具有不同图案的纳米压印硅模具，适用范围广。

上述的步骤(2)的刻划过程中，所述的硅(100)单晶片与多点接触板始终保持平行。

这样能够保证硅(100)单晶片上各加工点受力均匀，使得加工出的纳米牙印模具结构均匀一致。

上述的设定的接触载荷F为1～600mN/微球。

这样的载荷值能够诱导硅(100)单晶片发生相应的物理化学变化，从而能在后续的KOH腐蚀中产生掩模作用，而有效地加工出相应的凸结构。

下面结合附图和具体的实施方式对本发明作进一步的详细说明。

附图说明

图1A是本发明实施例一的方法(四点接触模式)，对硅(100)单晶片进行加工所得的面状压印硅模具的三维形貌图，图1B是所加工结构的剖面轮廓图。