技术领域
[0001] 本
发明属于用于全息压印模具的精细加工方法，特别涉及微纳尺度图纹压印模具的制作方法，用于制作全息标识等商品防伪标记所用的压印模压模具。
背景技术
[0002] 目前在许多领域得到广泛应用的全息光栅主要采用激光
干涉法制作，采用激光干涉技术，使涂在基底上的
光刻胶曝光，而后显影，定影，在光刻胶上形成有周期结构的刻槽，得到光刻胶光栅，具有制造成本低、杂散光强度较低、破坏
阈值高、衍射效率高等特点，光栅的制造技术已经比较成熟，但光刻条纹
密度较低，对高密度刻线(大于1800线/mm)的光栅来说，难以推广。
[0003] 随着纳米科技和微
电子技术的发展，人们对高分辨微纳加工的要求越来越高。电子束光刻系统能够制备比激光全息光栅更精细，衍射效率更高，电子束
刻蚀技术，是使涂在
硅基底上的电子胶曝光，而后显影，定影，在电子胶上形成有周期结构的刻槽，然后再利用等离子蚀刻，在硅基底上得到光栅结构，最细束斑可达2nm，条纹间距极限为6nm～8nm。
[0004] 2001年，大连理工大学的孟凡涛通过电子束光刻在2英寸的
硅片上制作了面积为60mm2的纳米压印图形，其结构为周期70nm，线宽30nm、高度60nm的纳米光栅结构；见孟凡涛.纳米光刻技术及其在三端结器件和纳米光栅偏振器中的应用，博士论文：大连理工大学机械工程学院，2011.
[0005] 2009年，瑞典皇家理工学院的Jul ia Reinspach等人通过电子束 光刻制作了特征尺寸为I3nm的环形金属镍波带片，见Reinspach J，Lindblom M，von Hofsten0，et a1.Co1d-developed e-beam-patterned ZEP7000for fabrication of13nm nickel zone plates[J].Journal of Vacuum Science & Technology，2009，27(6)：2593-2596。
[0006] 电子束光刻的优点是
分辨率超高，最小尺寸可以达到2nm，缺点是制作高精细图形速度太慢，对于大面积的纳米结构制作，成本难以控制，因此限制了其工业化生产。
发明内容
[0007] 本发明提供微纳尺度图纹压印模具的制作方法，解决现有激光干涉光刻制作压印模具条纹尺度不够精细，而电子束光刻制作高精细图形速度过慢、不适于大面积纳米结构制作的问题。
[0008] 本发明所提供的一种微纳尺度图纹压印模具的制作方法，其特征在于，顺序包括下述步骤：
[0009] (1)电子束光刻步骤；
[0010] 首先在硅衬底上
旋涂厚度为30nm～800nm的电子胶，再利用
电子束曝光在电子胶上制作光栅结构的纳米尺寸图形，显影、定影后在硅衬底上得到线宽为30nm～800nm的纳米尺寸图形；
[0012] 以剩余电子胶做掩膜，利用干法刻蚀硅衬底，在其上得到深度为30nm～800nm，线宽为30～800nm的纳米尺寸图纹；
[0013] (3)激光干涉光刻步骤；
[0014] 清洗除去剩余电子胶，在硅衬底表面旋涂厚度为600nm-1500nm的光刻胶，然后在对应硅衬底上纳米尺寸图纹的邻近部位或周围部位的光刻胶上制作微纳尺寸图形，利用激光干涉，对所述微纳尺寸图形进行光刻， 显影、定影后在硅衬底上得到线宽为400nm～1500nm的微纳尺寸图形；
[0015] (4)二次干法刻蚀步骤；
[0016] 以剩余光刻胶做掩膜，利用干法刻蚀硅衬底，在其上得到深度为400nm～1500nm，线宽为400nm～1500nm的微纳尺寸图纹；
[0017] (5)纳米压印步骤；
[0018] 清洗除去硅衬底上剩余光刻胶，得到具有纳米尺寸图纹和微纳尺寸图纹的硅凹模，以其作为模板，利用纳米压印将所述硅凹模的图纹复制到
树脂片；
[0020] 在所述树脂片上喷
银，然后进行微电铸，将树脂片上的图纹复制在镍片上，得到厚度为0.04mm～0.15mm的镍凹模，所述镍凹模上具有深度为30nm～800nm、线宽为30nm～800nm的纳米尺寸图纹和深度为400nm～1500nm、线宽为400nm～1500nm的微纳尺寸图纹。
[0021] 本发明所提供的另一种微纳尺度图纹压印模具的制作方法，其特征在于，顺序包括下述步骤：
[0022] (1)激光干涉光刻步骤；
[0023] 在硅衬底表面旋涂厚度为400nm-1500nm的光刻胶，然后在光刻胶上制作微纳尺寸图形，利用激光干涉，对所述微纳尺寸图形进行光刻，显影、定影后在硅衬底上得到线宽为400nm～1500nm的微纳尺寸图形；
[0024] (2)一次干法刻蚀步骤；
[0025] 以剩余光刻胶做掩膜，利用干法刻蚀硅衬底，在其上得到深度为400nm～1500nm，线宽为400nm～1500nm的微纳尺寸图纹；
[0026] (3)电子束光刻步骤；
[0027] 清洗除去硅衬底上剩余光刻胶，在硅衬底上旋涂厚度为30nm～800nm的电子胶，在对应硅衬底上微纳尺寸图纹的邻近部位或空白部位的电子 胶上制作纳米尺寸图形，利用电子束曝光，对纳米尺寸图形显影、定影后在硅衬底上得到线宽为30nm～800nm的纳米尺寸图形；
[0028] (4)二次干法刻蚀步骤；
[0029] 以剩余电子胶做掩膜，利用干法刻蚀硅衬底，在其上得到深度为30nm～800nm，线宽为30～800nm的纳米尺寸图纹；
[0030] (5)纳米压印步骤；
[0031] 清洗除去硅衬底上剩余电子胶，得到具有纳米尺寸图纹和微纳尺寸图纹的硅凹模，以其作为模板，利用纳米压印将所述硅凹模的图纹复制到树脂片；
[0032] (6)微电铸步骤：
[0033] 在所述树脂片上喷银，然后进行微电铸，将树脂片上的图纹复制在镍片上，得到厚度为0.04mm～0.15mm的镍凹模，所述镍凹模上具有深度为30nm～800nm、线宽为30nm～800nm的纳米尺寸图纹和深度为400nm～1500nm、线宽为400nm～1500nm的微纳尺寸图纹。
[0034] 本发明中，所述电子束光刻步骤及其后的干法刻蚀步骤可以与激光干涉光刻步骤及其后干法刻蚀步骤互换，既可以首先利用电子束光刻步骤及其后干法刻蚀步骤制备尺度在30～800nm的图纹，再进行激光干涉光刻步骤及其后干法刻蚀步骤制备制备尺度在400～1500nm的图纹，也可以首先进行激光干涉光刻步骤及其后干法刻蚀步骤制备制备尺度在
400～1500nm的图纹，再进行电子束光刻步骤及其后干法刻蚀步骤制备尺度在30～800nm的图纹，而后利用纳米压印把整个个图纹复制到树脂上，最后把压印得到的时至图纹利用微电铸复制到镍片上，完成整个模具制作。
[0035] 本发明运用电子束光刻与激光干涉光刻，将30nm～800nm和400nm～1500nm图纹，分别制备在同一压印模具的不同
位置，充分发挥了电子束 光刻技术图纹制作精细(最小点尺度极限可以达到2nm，条纹间距8nm，1mm范围内条纹数量可以到万条)的优势，弥补了激光干涉光刻制作全息防伪压印模具条纹尺度大，防伪不足的缺点；将电子束光刻制作精细和激光干涉技术制作模具成本低、幅面尺度大的优势相结合，电子束光刻制作的图纹在整个图纹中起到画龙点睛的作用，所制作的图纹表现
力远优于传统激光干涉光刻图纹，提高了全息防伪标识和其它通过压印形成图纹产品的防伪能力。
附图说明
[0036] 图1为压印模具图纹示意图；
[0037] 图2(a)为图1中外围的圆环图纹示意图；
[0038] 图2(b)为图1中之中心的
叶片图纹示意图；
[0039] 图2(c)为图1中之中心的花卉图纹示意图；
[0041] 图4为实施例2的过程示意图。
具体实施方式
[0042] 以下结合实施例对本发明进一步说明。
[0043] 用计算机设计如图1所示的含有不同色彩、隐形图纹和微纳尺寸的图纹。
[0044] 图1中外围的圆环区域图纹，如图2(a)所示，图2(a)的右图表示其细部，条纹密度约820条/mm，条纹间隔D为600nm。
[0045] 图1中之中心的叶片图纹，如图2(b)所示，图2(b)的右图表示其细部，图纹密度2500线/mm，图纹排线
角度为90度，图纹
颜色呈红色；
[0046] 图1中之中心的花卉图纹，如图2(c)所示，图2(c)的右图表示其细部，图纹密度2500线/mm，图纹排线角度为0度.图纹颜色就会呈绿 色，图纹平面转90度。
[0047] 实施例1：如图3所示，顺序包括下述步骤：
[0048] (1)电子束光刻步骤；
[0049] 首先在硅衬底上旋涂厚度为400nm的ZEP520电子胶，再利用电子束曝光在电子胶上制作如图2(b)、图2(c)所示光栅结构的纳米尺寸图形，显影、定影后在硅衬底上得到线宽为200nm的纳米尺寸图形；
[0050] (2)一次干法刻蚀步骤；
[0051] 以剩余电子胶做掩膜，利用干法刻蚀硅衬底，在其上得到深度为100nm，线宽为200nm的纳米尺寸图纹；
[0052] (3)激光干涉光刻步骤；
[0053] 清洗除去剩余电子胶，在硅衬底表面旋涂厚度为1500nm的AZ3100光刻胶，然后在对应硅衬底上纳米尺寸图纹的邻近部位或周围部位的光刻胶上制作如图2(a)所示微纳尺寸图形，利用激光干涉，对所述微纳尺寸图形进行光刻，显影、定影后在硅衬底上得到线宽为600nm的微纳尺寸图形；
[0054] (4)二次干法刻蚀步骤；
[0055] 以剩余光刻胶做掩膜，利用干法刻蚀硅衬底，在其上得到深度为300nm，线宽为600nm的微纳尺寸图纹；
[0056] (5)纳米压印步骤；
[0057] 清洗除去硅衬底上剩余光刻胶，得到具有纳米尺寸图纹和微纳尺寸图纹的硅凹模，以其作为模板，利用纳米压印将所述硅凹模的图纹复制到树脂片；
[0058] (6)微电铸步骤：
[0059] 在所述树脂片上喷银，然后进行微电铸，将树脂片上的图纹复制在镍片上，得到厚度为0.15mm的镍凹模，所述镍凹模上具有如图2(b)、图2(c)所示深度为100nm、线宽为200nm的纳米尺寸图纹和如图2(a) 所示深度为300nm、线宽为600nm的微纳尺寸图纹。
[0060] 将本实施例所得到的镍凹模压制在塑料
薄膜(折射率1.52)上，完成图1所示的图案制备，在塑料薄膜上再涂覆100nm左右的硫化锌薄膜(折射率2.38)，得到最终产品[0061] 实施例2，如图4所示，顺序包括下述步骤：
[0062] (1)激光干涉光刻步骤；
[0063] 在硅衬底表面旋涂厚度为1500nm的AZ3100光刻胶，然后在光刻胶上制作如图2(a)所示微纳尺寸图形，利用激光干涉，对所述微纳尺寸图形进行光刻，显影、定影后在硅衬底上得到线宽为600nm的微纳尺寸图形；
[0064] (2)一次干法刻蚀步骤；
[0065] 以剩余光刻胶做掩膜，利用干法刻蚀硅衬底，在其上得到深度约300nm，线宽为600nm的微纳尺寸图纹；
[0066] (3)电子束光刻步骤；
[0067] 清洗除去硅衬底上剩余光刻胶，在硅衬底上旋涂厚度为400nm的ZEP520电子胶，在对应硅衬底上微纳尺寸图纹的邻近部位或空白部位的电子胶上制作如图2(b)、图2(c)所示纳米尺寸图形，利用电子束曝光，对纳米尺寸图形显影、定影后在硅衬底上得到线宽为200nm的纳米尺寸图形；
[0068] (4)二次干法刻蚀步骤；
[0069] 以剩余电子胶做掩膜，利用干法刻蚀硅衬底，在其上得到深度为100nm，线宽为200nm的纳米尺寸图纹；
[0070] (5)纳米压印步骤；
[0071] 清洗除去硅衬底上剩余电子胶，得到具有纳米尺寸图纹和微纳尺寸图纹的硅凹模，以其作为模板，利用纳米压印将所述硅凹模的图纹复制 到树脂片；
[0072] (6)微电铸步骤：
[0073] 在所述树脂片上喷银，然后进行微电铸，将树脂片上的图纹复制在镍片上，得到厚度为0.15mm的镍凹模，所述镍凹模上具有如图2(b)、图2(c)所示深度为100nm、线宽为200nm的纳米尺寸图纹和如图2(a)所示深度为300nm、线宽为600nm的微纳尺寸图纹。
[0074] 将本实施例所得到的镍凹模压制在塑料薄膜(折射率1.52)上，完成图1所示的图案制备，在塑料薄膜上再涂覆100nm左右的硫化锌薄膜(折射率2.38)，得到最终产品。
