專利名稱：用于納米壓印的壓模及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明是關于納米壓印技術，特別是關于一種用于納米壓印的壓模及其制備方法。
背景技術：
納米壓印技術是一種能夠制備線寬小于100納米形狀圖案的新興技術，特別適用于大批量、重復性、精確制備納米圖形結構。納米壓印技術為制備更小尺寸結構圖案提供一種新的可能，其可與其它技術結合應用于半導體電子器件，光電器件或光學器件制備，數(shù)據(jù)存儲以及生物芯片等眾多領域。
相對于其它能夠實現(xiàn)制備納米圖案的技術(如掃描隧道顯微鏡、原子力顯微鏡，電子束刻印術以及極端紫外線光刻技術等)，納米壓印技術具有操作簡單，分辨率高，重復性好，費時少，成本費用低等優(yōu)點。
由于納米壓印技術具有上述優(yōu)點，該技術近年來發(fā)展迅速。納米壓印技術目前主要有熱壓雕版壓印法及步進-閃光壓印法，前者是Stephen Y. Chou于1995年首先提出，請參見Chou S Y，Krauss P R，Renstrom P J，“Imprint ofsub-25nm vias and trenches in polymer”，Applied Physics Letter，1995，Vol.67(21)，P3114-3116；以及文獻Chou S Y，Krauss P R，Renstrom P J，“ImprintLithography with 25-nanometer Resolution”，Science，1996，Vol.272，P.85-87。后者請參見文獻Colburn M，Johnson S，Stewart M，et al，“Step and FlashImprint LithographyAn Alternative Approach to High Resolution Patterning”，Proc SPIE，1999，Vol.3676，P379。
上述兩種技術的工藝大致相同均需要先制備具有納米形狀圖案的壓模(即模仁)，然后利用該壓模進行壓印過程，最后進行圖形轉移。二者最大區(qū)別在于壓印過程不同，熱壓雕版壓印法是采用加熱的聚合物壓印后冷卻，而步進-閃光壓印術則是采用紫外光照射室溫的聚合物實現(xiàn)固化，并可通過步進移動壓模重復壓印出多個納米圖案。詳細內容請參見下列文獻LiangYing-xin，Wang Tai-hong，“A New Technique for Fabrication of Nanodevices-Nanoimprint Lithography”，Micronanoelectronic Technology，2003，Vol.4-5。
對于納米壓印技術的壓模而言，由于進行壓印時壓模需與基片表面聚合物薄膜之間產(chǎn)生物理接觸，此接觸與分離過程中壓模的變形及磨損會嚴重影響圖形傳遞質量，所以，壓模的強度及材料的選擇意義非常重要。
在選擇壓模材料時一般需考量以下因素(1)高努普(Knoop)硬度、大壓縮強度、大抗拉強度，以減少壓模的變形及磨損；(2)高導熱率及低熱膨脹系數(shù)，以減小加熱過程中壓模的熱變形；(3)抗腐蝕性優(yōu)良，以適應清潔壓模時不被強酸及有機溶劑腐蝕；(4)易脫模，即壓模與基片表面的模壓材料(一般為聚合物薄膜)之間粘著力較小，而模壓材料與基片之間粘著力較大為佳。
目前，壓模通常采用硅(Si)，氧化硅(SiO2)以及氮化硅(Si3N4)等材料制成。
例如2004年4月29日公開的美國專利申請公開第20040081798號涉及一種硬化納米壓印的壓模(Hardened Nano-imprinting Stamp)及其制備方法。其涉及的壓模包括基底，基底表面形成有多個納米結構(例如長方形納米結構)?；资怯晒琛尉Ч?、多晶硅、氧化硅或氮化硅材料制成；納米結構是由硅、多晶硅制成。另外，該壓模經(jīng)過等離子體(Plasma)處理形成一層硬化外殼(Hardened Shell)，使得其模壓面硬化，提高其強度及抗磨損性能。該硬化外殼是由碳化硅、氮化硅或碳氮化硅滲透形成。
另外，美國專利申請公開第20040081800號公開一種微鑄碳化硅納米壓印模及制造方法。其采用一種微鑄技術形成一基礎層及多個與基礎層相連的納米結構。該基礎層及納米結構是一整體，而且全部用包含碳化硅(SiC)的材料制成，碳化硅比硅硬度要大。
但是，上述納米壓印的壓模使用時易與基片表面的聚合物薄膜粘連，使得壓印與分離過程中圖形傳遞產(chǎn)生變形，從而降低最終壓印產(chǎn)品的分辨率，嚴重者甚至導致納米圖案損壞。
有鑒于此，提供一種硬度高、抗磨損、抗腐蝕且不易粘連壓印材料的納米壓模實為必要。

發(fā)明內容為解決現(xiàn)有技術的上述問題，本發(fā)明的第一目的在于提供一種硬度高、抗磨損、抗腐蝕且不易粘連壓印材料的納米壓模，其可用于納米壓印技術。
本發(fā)明的第二目的在于提供上述壓模的制備方法。
為實現(xiàn)本發(fā)明的第一目的，本發(fā)明提供一種納米壓印的壓模，其包括一基底；多個納米結構自該基底延伸出；及一鍍層覆蓋于該納米結構的表面；其中，該鍍層是納米類金剛石碳膜或納米晶金剛石膜。
上述基底及納米結構的材料是選自碳化硅、氮化硅或碳氮化硅。
上述鍍層厚度為納米級，最好在10納米以下。
為實現(xiàn)本發(fā)明第二目的，本發(fā)明提供一種納米壓印的壓模的制備方法，其包括步驟于硅基底上形成納米圖案；于形成有納米圖案的硅基底表面沉積壓模材料，形成初步模仁；于初步模仁的表面鍍上一薄膜，該薄膜是納米類金剛石碳膜或納米晶金剛石膜。
上述于硅基底上形成納米圖案是利用微影蝕刻方法實施。
所述硅基底材料包括硅、單晶硅或多晶硅。
所述壓模材料包括碳化硅、氮化硅及碳氮化硅。
相對于現(xiàn)有技術，本發(fā)明壓模除了具有高硬度、導熱性能優(yōu)良、低熱膨脹系數(shù)以及化學性質安定、不易被強酸或有機溶劑腐蝕等優(yōu)點之外，還由于納米類金剛石碳膜及納米晶金剛石膜的潤滑性而易脫模，減少于壓印過程中與聚合物粘連作用。

圖1是本發(fā)明壓模制備方法流程圖；圖2是本發(fā)明實施例用于制備壓模的硅基底的示意圖；圖3是本發(fā)明實施例于硅基底表面沉積形成初步模仁的示意圖；圖4是本發(fā)明實施例壓模的示意圖。
具體實施方式下面將結合附圖對本發(fā)明作進一步的詳細說明。
請參閱圖4，本發(fā)明實施例提供一種用于納米壓印的壓模結構，該壓模30包括一基底31，多個納米結構32形成于該基底31表面，所述納米結構32與基底31實際是一整體，且由相同材料制備而成。所述納米結構是指尺寸小于100納米或更小的各種形狀、結構。這些形狀、結構可構成具有某種功能的納米圖形或納米器件。沿所述納米結構32外形延伸的表面34形成有一層厚度非常薄的鍍膜36，其是納米類金剛石碳膜(Diamond Like Carbon，DLC)或納米晶金剛石膜(Diamond Carbon)。所述鍍膜36的厚度為納米量級，最好為10納米以下。
上述壓模30的基底31及納米結構32是由碳化硅(SiC)、氮化硅(SiNx)或碳氮化硅(SiCyNx)制備而成。上述碳化硅、氮化硅及碳氮化硅材料具高硬度、導熱性能優(yōu)良、低熱膨脹系數(shù)以及化學性質穩(wěn)定、不易被強酸或有機溶劑腐蝕的優(yōu)點，所以，非常適合作為壓模的材料。而且，納米類金剛石碳膜及納米晶金剛石膜既有高硬度、高導熱性的特點，且具有潤滑性，易脫模，使得壓模容易與壓印材料分離，確保壓印過程中納米形狀圖案的轉印質量。
下面介紹本發(fā)明實施例壓模30的制備方法。
請參見圖1，是本發(fā)明實施例壓模30的制備方法流程圖，其包括下列步驟步驟10，以硅材料為基底，利用微影蝕刻技術產(chǎn)生納米圖案。
步驟12，以形成有納米圖案的硅基底為模，利用化學氣相沉積法沉積壓模材料形成初步模仁。
步驟14，利用PVD(物理氣相沉積)或CVD(化學氣相沉積)方法在初步模仁表面形成鍍層，從而得到最終壓模。
請一并參見圖2至圖4，下在以具體實施例詳細說明本發(fā)明的制備方法。
首先，于一硅基底20表面經(jīng)微影蝕刻技術形成納米圖案。上述硅基底20可包括硅、單晶硅以及多晶硅在內。上述硅材料是半導體蝕刻常用的基底材料，適合作為微影蝕刻的基底。微影蝕刻技術也是較為成熟的技術，常用于半導體微細加工制程。雖然傳統(tǒng)微影蝕刻技術適合加工微米級圖案，但選用合適的光波亦可應用于制備納米圖案。所述納米圖案包括各種形狀，如長條形、圓柱形等，其尺寸小于100納米或更小。如圖2所示，經(jīng)微影蝕刻之后，硅基底20表面形成多個納米結構22，其與硅基底20實際為一整體。相鄰納米結構22之間形成一納米尺寸之凹槽23，該凹槽23的形狀是預先設計成與最終壓模的納米結構形狀基本相配。
然后，以上述形成有納米結構22及相應凹槽23的硅基底20為模，利用化學氣相沉積法沉積壓印材料形成初步模仁30’。上述化學氣相沉積法是指金屬氧化化學氣相沉積(Metal Oxide Chemical Vapor Deposition，MOCVD)技術。優(yōu)選的，為減少初步模仁30’與硅基底20之間的應力以利脫模，可預先于硅基底20表面鍍一層緩沖層(Buffer Layer)再進行化學氣相沉積過程。如圖3所示，所得的初步模仁30’具有與前述凹槽23相吻合的多個納米結構32，其頂部連成一體，不妨稱之為基底31。初步模仁30’是碳化硅、氮化硅或碳氮化硅材料沉積而成。相較于硅材料，上述碳化硅、氮化硅及碳氮化硅具有更高硬度，以及導熱性能優(yōu)良，低熱膨脹系數(shù)以及化學性質穩(wěn)定、不易被強酸或有機溶劑腐蝕的優(yōu)點。
最后，初步模仁30’脫模之后，于沿納米結構32外表延伸的表面34均勻鍍上一層薄膜，稱之為鍍膜36。該鍍膜36是納米類金剛石碳膜或納米晶金剛石膜。所述鍍膜36的厚度均勻，且為納米量級，最好在10納米以下。上述鍍膜36的形成方法包括PVD及CVD方法。
由上述方法制備而成壓模30之后，即可應用于納米壓印過程，可大批量重復壓印得到納米結構，其過程可參見文獻，此處不再詳細描述。
權利要求
1.一種用于納米壓印的壓模，其包括一基底；多個納米結構自該基底延伸出；其特征在于，一鍍層覆蓋于該納米結構的表面，該鍍層是納米類金剛石碳膜或納米晶金剛石膜。
2.如權利要求1所述的壓模，其特征在于該基底及納米結構的材料是選自碳化硅、氮化硅或碳氮化硅。
3.如權利要求1所述的壓模，其特征在于該鍍層厚度為納米量級。
4.如權利要求3所述的壓模，其特征在于該鍍層厚度小于10納米。
5.一種納米壓印的壓模的制備方法，其包括步驟步驟一，在硅基底上形成納米圖案；步驟二，在形成有納米圖案的硅基底表面沉積壓模材料，形成初步模仁；步驟三，在初步模仁的表面鍍上一薄膜，該薄膜是納米類金剛石碳膜或納米晶金剛石膜。
6.如權利要求5所述的壓模的制備方法，其特征在于該硅基底材料是選自硅、單晶硅或多晶硅。
7.如權利要求5所述的壓模的制備方法，其特征在于該壓模材料包括碳化硅、氮化硅及碳氮化硅。
8.如權利要求5所述的壓模的制備方法，其特征在于該薄膜的厚度為納米量級。
9.如權利要求8所述的壓模的制備方法，其特征在于該薄膜厚度小于10納米。
10.如權利要求5所述的壓模的制備方法，其特征在于步驟一于硅基底上形成納米圖案是利用微影蝕刻方法而實施。
全文摘要
本發(fā)明屬于納米壓印技術，提供一種納米壓印的壓模，其包括一基底；多個納米結構形成于該基底，其與該基底是一整體；及一鍍層覆蓋于該納米結構的表面；該鍍層是納米類金剛石碳膜或納米晶金剛石膜。所述基底及納米結構的材料是選自碳化硅、氮化硅或碳氮化硅。上述鍍層厚度為納米級，最好在10納米以下。另外，本發(fā)明還提供這種壓模的制備方法。首先利用微影蝕刻技術于硅基底形成納米圖案，然后沉積形成初步模仁，最后鍍上納米類金剛石碳膜或納米晶金剛石膜得到納米壓印的壓模。
文檔編號H01L21/027GK1727993SQ20041005094
公開日2006年2月1日 申請日期2004年7月26日 優(yōu)先權日2004年7月26日
發(fā)明者簡士哲 申請人:鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司, 鴻海精密工業(yè)股份有限公司