微納尺度圖紋壓印模具的制作方法
【專利摘要】微納尺度圖紋壓印模具的制作方法，屬于壓印模具的精細(xì)加工方法，解決激光干涉光刻制作模具條紋尺度不夠精細(xì)，而電子束光刻制作高精細(xì)圖形速度過慢、不適于大面積制作的問題。本發(fā)明的一種方法，順序包括電子束光刻、一次干法刻蝕、激光干涉光刻、二次干法刻蝕、納米壓印、微電鑄步驟；本發(fā)明的另一種方法，順序包括激光干涉光刻、一次干法刻蝕、電子束光刻、二次干法刻蝕、納米壓印、微電鑄步驟。本發(fā)明結(jié)合電子束光刻制作精細(xì)和激光干涉光刻成本低、制作模具幅面尺度大的優(yōu)勢，將納米尺寸圖紋和微納尺寸圖紋分別制備在壓印模具不同位置，制作的圖紋表現(xiàn)力遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)激光干涉光刻圖紋，提高了全息防偽標(biāo)識和其它通過壓印形成圖紋產(chǎn)品的防偽能力。
【專利說明】微納尺度圖紋壓印模具的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于用于全息壓印模具的精細(xì)加工方法，特別涉及微納尺度圖紋壓印模具的制作方法，用于制作全息標(biāo)識等商品防偽標(biāo)記所用的壓印模壓模具。
【背景技術(shù)】
[0002]目前在許多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用的全息光柵主要采用激光干涉法制作，采用激光干涉技術(shù)，使涂在基底上的光刻膠曝光，而后顯影，定影，在光刻膠上形成有周期結(jié)構(gòu)的刻槽，得到光刻膠光柵，具有制造成本低、雜散光強(qiáng)度較低、破壞閾值高、衍射效率高等特點(diǎn)，光柵的制造技術(shù)已經(jīng)比較成熟，但光刻條紋密度較低，對高密度刻線(大于1800線/mm)的光柵來說，難以推廣。
[0003]隨著納米科技和微電子技術(shù)的發(fā)展，人們對高分辨微納加工的要求越來越高。電子束光刻系統(tǒng)能夠制備比激光全息光柵更精細(xì)，衍射效率更高，電子束刻蝕技術(shù)，是使涂在硅基底上的電子膠曝光，而后顯影，定影，在電子膠上形成有周期結(jié)構(gòu)的刻槽，然后再利用等離子蝕刻，在硅基底上得到光柵結(jié)構(gòu)，最細(xì)束斑可達(dá)2nm，條紋間距極限為6nm?8nm。
[0004]2001年，大連理工大學(xué)的孟凡濤通過電子束光刻在2英寸的硅片上制作了面積為60mm2的納米壓印圖形,其結(jié)構(gòu)為周期70nm,線寬30nm、高度60nm的納米光柵結(jié)構(gòu)；見孟凡濤.納米光刻技術(shù)及其在三端結(jié)器件和納米光柵偏振器中的應(yīng)用，博士論文:大連理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，2011.[0005]2009年，瑞典皇家理工學(xué)院的Jul ia Reinspach等人通過電子束光刻制作了特征尺寸為I3nm的環(huán)形金屬鎳波帶片，見Reinspach J, Lindblom M, von HofstenO, etal.Cold-developed e-beam-patterned ZEP7000for fabrication of13nm nickel zoneplates[J].Journal of Vacuum Science & Technology,2009,27 (6):2593_2596。
[0006]電子束光刻的優(yōu)點(diǎn)是分辨率超聞，最小尺寸可以達(dá)到2nm,缺點(diǎn)是制作聞精細(xì)圖形速度太慢，對于大面積的納米結(jié)構(gòu)制作，成本難以控制，因此限制了其工業(yè)化生產(chǎn)。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]本發(fā)明提供微納尺度圖紋壓印模具的制作方法，解決現(xiàn)有激光干涉光刻制作壓印模具條紋尺度不夠精細(xì)，而電子束光刻制作高精細(xì)圖形速度過慢、不適于大面積納米結(jié)構(gòu)制作的問題。
[0008]本發(fā)明所提供的一種微納尺度圖紋壓印模具的制作方法，其特征在于，順序包括下述步驟:
[0009](I)電子束光刻步驟；
[0010]首先在硅襯底上旋涂厚度為30nm?800nm的電子膠，再利用電子束曝光在電子膠上制作光柵結(jié)構(gòu)的納米尺寸圖形，顯影、定影后在娃襯底上得到線寬為30nm?800nm的納米尺寸圖形；
[0011 ] (2) 一次干法刻蝕步驟；[0012]以剩余電子膠做掩膜，利用干法刻蝕硅襯底，在其上得到深度為30nm?800nm，線寬為30?800nm的納米尺寸圖紋；
[0013](3)激光干涉光刻步驟；
[0014]清洗除去剩余電子膠，在硅襯底表面旋涂厚度為600nm-1500nm的光刻膠，然后在對應(yīng)硅襯底上納米尺寸圖紋的鄰近部位或周圍部位的光刻膠上制作微納尺寸圖形，利用激光干涉，對所述微納尺寸圖形進(jìn)行光刻，顯影、定影后在硅襯底上得到線寬為400nm?1500nm的微納尺寸圖形；
[0015](4) 二次干法刻蝕步驟；
[0016]以剩余光刻膠做掩膜，利用干法刻蝕硅襯底，在其上得到深度為400nm?1500nm，線寬為400nm?1500nm的微納尺寸圖紋；
[0017](5)納米壓印步驟；
[0018]清洗除去硅襯底上剩余光刻膠，得到具有納米尺寸圖紋和微納尺寸圖紋的硅凹模，以其作為模板，利用納米壓印將所述硅凹模的圖紋復(fù)制到樹脂片；
[0019](6)微電鑄步驟:
[0020]在所述樹脂片上噴銀，然后進(jìn)行微電鑄，將樹脂片上的圖紋復(fù)制在鎳片上，得到厚度為0.04mm?0.15mm的鎳凹模,所述鎳凹模上具有深度為30nm?800nm、線寬為30nm?800nm的納米尺寸圖紋和深度為400nm?1500nm、線寬為400nm?1500nm的微納尺寸圖紋。
[0021]本發(fā)明所提供的另一種微納尺度圖紋壓印模具的制作方法，其特征在于，順序包括下述步驟:
[0022](I)激光干涉光刻步驟；
[0023]在硅襯底表面旋涂厚度為400nm-1500nm的光刻膠，然后在光刻膠上制作微納尺寸圖形，利用激光干涉，對所述微納尺寸圖形進(jìn)行光刻，顯影、定影后在硅襯底上得到線寬為400nm?1500nm的微納尺寸圖形；
[0024](2) 一次干法刻蝕步驟；
[0025]以剩余光刻膠做掩膜，利用干法刻蝕硅襯底，在其上得到深度為400nm?1500nm，線寬為400nm?1500nm的微納尺寸圖紋；
[0026](3)電子束光刻步驟；
[0027]清洗除去硅襯底上剩余光刻膠，在硅襯底上旋涂厚度為30nm?800nm的電子膠，在對應(yīng)硅襯底上微納尺寸圖紋的鄰近部位或空白部位的電子膠上制作納米尺寸圖形，利用電子束曝光，對納米尺寸圖形顯影、定影后在硅襯底上得到線寬為30nm?SOOnm的納米尺寸圖形；
[0028](4) 二次干法刻蝕步驟；
[0029]以剩余電子膠做掩膜，利用干法刻蝕硅襯底，在其上得到深度為30nm?800nm，線寬為30?800nm的納米尺寸圖紋；
[0030](5)納米壓印步驟；
[0031]清洗除去硅襯底上剩余電子膠，得到具有納米尺寸圖紋和微納尺寸圖紋的硅凹模，以其作為模板，利用納米壓印將所述硅凹模的圖紋復(fù)制到樹脂片；
[0032](6)微電鑄步驟:[0033]在所述樹脂片上噴銀，然后進(jìn)行微電鑄，將樹脂片上的圖紋復(fù)制在鎳片上，得到厚度為0.04mm?0.15mm的鎳凹模,所述鎳凹模上具有深度為30nm?800nm、線寬為30nm?800nm的納米尺寸圖紋和深度為400nm?1500nm、線寬為400nm?1500nm的微納尺寸圖紋。
[0034]本發(fā)明中，所述電子束光刻步驟及其后的干法刻蝕步驟可以與激光干涉光刻步驟及其后干法刻蝕步驟互換，既可以首先利用電子束光刻步驟及其后干法刻蝕步驟制備尺度在30?SOOnm的圖紋，再進(jìn)行激光干涉光刻步驟及其后干法刻蝕步驟制備制備尺度在400?1500nm的圖紋，也可以首先進(jìn)行激光干涉光刻步驟及其后干法刻蝕步驟制備制備尺度在400?1500nm的圖紋，再進(jìn)行電子束光刻步驟及其后干法刻蝕步驟制備尺度在30?SOOnm的圖紋，而后利用納米壓印把整個(gè)個(gè)圖紋復(fù)制到樹脂上，最后把壓印得到的時(shí)至圖紋利用微電鑄復(fù)制到鎳片上，完成整個(gè)模具制作。
[0035]本發(fā)明運(yùn)用電子束光刻與激光干涉光刻，將30nm?800nm和400nm?1500nm圖紋，分別制備在同一壓印模具的不同位置，充分發(fā)揮了電子束光刻技術(shù)圖紋制作精細(xì)(最小點(diǎn)尺度極限可以達(dá)到2nm，條紋間距8nm，Imm范圍內(nèi)條紋數(shù)量可以到萬條)的優(yōu)勢，彌補(bǔ)了激光干涉光刻制作全息防偽壓印模具條紋尺度大，防偽不足的缺點(diǎn)；將電子束光刻制作精細(xì)和激光干涉技術(shù)制作模具成本低、幅面尺度大的優(yōu)勢相結(jié)合，電子束光刻制作的圖紋在整個(gè)圖紋中起到畫龍點(diǎn)睛的作用，所制作的圖紋表現(xiàn)力遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)激光干涉光刻圖紋，提高了全息防偽標(biāo)識和其它通過壓印形成圖紋產(chǎn)品的防偽能力。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0036]圖1為壓印模具圖紋示意圖；
[0037]圖2(a)為圖1中外圍的圓環(huán)圖紋示意圖；
[0038]圖2(b)為圖1中之中心的葉片圖紋示意圖；
[0039]圖2(c)為圖1中之中心的花卉圖紋示意圖；
[0040]圖3為實(shí)施例1的過程示意圖；
[0041]圖4為實(shí)施例2的過程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0042]以下結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0043]用計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)如圖1所示的含有不同色彩、隱形圖紋和微納尺寸的圖紋。
[0044]圖1中外圍的圓環(huán)區(qū)域圖紋，如圖2(a)所示，圖2(a)的右圖表示其細(xì)部，條紋密度約820條/mm,條紋間隔D為600nm。
[0045]圖1中之中心的葉片圖紋，如圖2(b)所示，圖2(b)的右圖表示其細(xì)部，圖紋密度2500線/mm，圖紋排線角度為90度，圖紋顏色呈紅色；
[0046]圖1中之中心的花卉圖紋，如圖2(c)所示，圖2(c)的右圖表示其細(xì)部，圖紋密度2500線/mm，圖紋排線角度為O度.圖紋顏色就會(huì)呈綠色，圖紋平面轉(zhuǎn)90度。
[0047]實(shí)施例1:如圖3所示,順序包括下述步驟:
[0048](I)電子束光刻步驟；
[0049]首先在硅襯底上旋涂厚度為400nm的ZEP520電子膠，再利用電子束曝光在電子膠上制作如圖2(b)、圖2(c)所示光柵結(jié)構(gòu)的納米尺寸圖形，顯影、定影后在硅襯底上得到線寬為200nm的納米尺寸圖形；
[0050](2) 一次干法刻蝕步驟；
[0051]以剩余電子膠做掩膜，利用干法刻蝕硅襯底，在其上得到深度為lOOnm，線寬為200nm的納米尺寸圖紋；
[0052](3)激光干涉光刻步驟；
[0053]清洗除去剩余電子膠，在硅襯底表面旋涂厚度為1500nm的AZ3100光刻膠，然后在對應(yīng)硅襯底上納米尺寸圖紋的鄰近部位或周圍部位的光刻膠上制作如圖2(a)所示微納尺寸圖形，利用激光干涉，對所述微納尺寸圖形進(jìn)行光刻，顯影、定影后在硅襯底上得到線寬為600nm的微納尺寸圖形；
[0054](4) 二次干法刻蝕步驟；
[0055]以剩余光刻膠做掩膜，利用干法刻蝕硅襯底，在其上得到深度為300nm，線寬為600nm的微納尺寸圖紋；
[0056](5)納米壓印步驟；
[0057]清洗除去硅襯底上剩余光刻膠，得到具有納米尺寸圖紋和微納尺寸圖紋的硅凹模，以其作為模板，利用納米壓印將所述硅凹模的圖紋復(fù)制到樹脂片；
[0058](6)微電鑄步驟:
[0059]在所述樹脂片上噴銀，然后進(jìn)行微電鑄，將樹脂片上的圖紋復(fù)制在鎳片上，得到厚度為0.15mm的鎳凹模，所述鎳凹模上具有如圖2 (b)、圖2 (c)所示深度為lOOnm、線寬為200nm的納米尺寸圖紋和如圖2(a)所示深度為300nm、線寬為600nm的微納尺寸圖紋。
[0060]將本實(shí)施例所得到的鎳凹模壓制在塑料薄膜(折射率1.52)上，完成圖1所示的圖案制備，在塑料薄膜上再涂覆IOOnm左右的硫化鋅薄膜(折射率2.38)，得到最終產(chǎn)品
[0061]實(shí)施例2,如圖4所示,順序包括下述步驟:
[0062](I)激光干涉光刻步驟；
[0063]在硅襯底表面旋涂厚度為1500nm的AZ3100光刻膠，然后在光刻膠上制作如圖2(a)所示微納尺寸圖形，利用激光干涉，對所述微納尺寸圖形進(jìn)行光刻，顯影、定影后在硅襯底上得到線寬為600nm的微納尺寸圖形；
[0064](2) 一次干法刻蝕步驟；
[0065]以剩余光刻膠做掩膜，利用干法刻蝕硅襯底，在其上得到深度約300nm，線寬為600nm的微納尺寸圖紋；
[0066](3)電子束光刻步驟；
[0067]清洗除去硅襯底上剩余光刻膠，在硅襯底上旋涂厚度為400nm的ZEP520電子膠，在對應(yīng)硅襯底上微納尺寸圖紋的鄰近部位或空白部位的電子膠上制作如圖2 (b)、圖2 (c)所示納米尺寸圖形，利用電子束曝光，對納米尺寸圖形顯影、定影后在硅襯底上得到線寬為200nm的納米尺寸圖形；
[0068](4) 二次干法刻蝕步驟；
[0069]以剩余電子膠做掩膜，利用干法刻蝕硅襯底，在其上得到深度為lOOnm，線寬為200nm的納米尺寸圖紋；
[0070](5)納米壓印步驟；[0071]清洗除去硅襯底上剩余電子膠，得到具有納米尺寸圖紋和微納尺寸圖紋的硅凹模，以其作為模板，利用納米壓印將所述硅凹模的圖紋復(fù)制到樹脂片；
[0072](6)微電鑄步驟:
[0073]在所述樹脂片上噴銀，然后進(jìn)行微電鑄，將樹脂片上的圖紋復(fù)制在鎳片上，得到厚度為0.15mm的鎳凹模，所述鎳凹模上具有如圖2 (b)、圖2 (c)所示深度為lOOnm、線寬為200nm的納米尺寸圖紋和如圖2(a)所示深度為300nm、線寬為600nm的微納尺寸圖紋。
[0074]將本實(shí)施例所得到的鎳凹模壓制在塑料薄膜(折射率1.52)上，完成圖1所示的圖案制備，在塑料薄膜上再涂覆IOOnm左右的硫化鋅薄膜(折射率2.38)，得到最終產(chǎn)品。
【權(quán)利要求】
1.一種微納尺度圖紋壓印模具的制作方法，其特征在于，順序包括下述步驟: (1)電子束光刻步驟； 首先在硅襯底上旋涂厚度為30nm~800nm的電子膠，再利用電子束曝光在電子膠上制作光柵結(jié)構(gòu)的納米尺寸圖形，顯影、定影后在硅襯底上得到線寬為30nm~SOOnm的納米尺寸圖形； (2)—次干法刻蝕步驟； 以剩余電子膠做掩膜，利用干法刻蝕硅襯底，在其上得到深度為30nm~800nm，線寬為30~800nm的納米尺寸圖紋； (3)激光干涉光刻步驟； 清洗除去剩余電子膠，在硅襯底表面旋涂厚度為400nm-1500nm的光刻膠，然后在對應(yīng)硅襯底上納米尺寸圖紋的鄰近部位或周圍部位的光刻膠上制作微納尺寸圖形，利用激光干涉，對所述微納尺寸圖形進(jìn)行光刻，顯影、定影后在硅襯底上得到線寬為400nm~1500nm的微納尺寸圖形； (4)二次干法刻 蝕步驟； 以剩余光刻膠做掩膜，利用干法刻蝕硅襯底，在其上得到深度為400nm~1500nm，線寬為400nm~1500nm的微納尺寸圖紋； (5)納米壓印步驟； 清洗除去硅襯底上剩余光刻膠，得到具有納米尺寸圖紋和微納尺寸圖紋的硅凹模，以其作為模板，利用納米壓印將所述硅凹模的圖紋復(fù)制到樹脂片； (6)微電鑄步驟: 在所述樹脂片上噴銀，然后進(jìn)行微電鑄，將樹脂片上的圖紋復(fù)制在鎳片上，得到厚度為0.04mm~0.15mm的鎮(zhèn)凹模，所述鎮(zhèn)凹模上具有深度為30nm~800nm、線寬為30nm~800nm的納米尺寸圖紋和深度為400nm~1500nm、線寬為400nm~1500nm的微納尺寸圖紋。
2.一種微納尺度圖紋壓印模具的制作方法，其特征在于，順序包括下述步驟: (1)激光干涉光刻步驟； 在硅襯底表面旋涂厚度為400nm-1500nm的光刻膠，然后在光刻膠上制作微納尺寸圖形，利用激光干涉，對所述微納尺寸圖形進(jìn)行光刻，顯影、定影后在硅襯底上得到線寬為400nm~1500nm的微納尺寸圖形； (2)—次干法刻蝕步驟； 以剩余光刻膠做掩膜，利用干法刻蝕硅襯底，在其上得到深度為400nm~1500nm，線寬為400nm~1500nm的微納尺寸圖紋； (3)電子束光刻步驟； 清洗除去硅襯底上剩余光刻膠，在硅襯底上旋涂厚度為30nm~800nm的電子膠，在對應(yīng)硅襯底上微納尺寸圖紋的鄰近部位或空白部位的電子膠上制作納米尺寸圖形，利用電子束曝光，對納米尺寸圖形顯影、定影后在硅襯底上得到線寬為30nm~SOOnm的納米尺寸圖形； (4)二次干法刻蝕步驟； 以剩余電子膠做掩膜，利用干法刻蝕硅襯底，在其上得到深度為30nm~800nm，線寬為30~800nm的納米尺寸圖紋；(5)納米壓印步驟； 清洗除去硅襯底上剩余電子膠，得到具有納米尺寸圖紋和微納尺寸圖紋的硅凹模，以其作為模板，利用納米壓印將所述硅凹模的圖紋復(fù)制到樹脂片； (6)微電鑄步驟: 在所述樹脂片上噴銀，然后進(jìn)行微電鑄，將樹脂片上的圖紋復(fù)制在鎳片上，得到厚度為0.04mm~0.15mm的鎮(zhèn)凹模，所述鎮(zhèn)凹模上具有深度為30nm~800nm、線寬為30nm~800nm的納米尺寸圖紋和深度為400`nm~1500nm、線寬為400nm~1500nm的微納尺寸圖紋。
【文檔編號】H01L21/027GK103730339SQ201310740176
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2013年12月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月27日
【發(fā)明者】李曉平, 夏金松, 湯自榮, 黃鷹, 盧宏, 史鐵林, 劉小波, 譚先華 申請人:華中科技大學(xué)