[发明专利]一种微纳模具型槽的制备方法

说明书

一种微纳模具型槽的制备方法，包括镀膜步骤：在等离子体增强化学气相沉积镀膜机中，采用Si片作为基体材料，在基体材料表面沉积SiC膜层；光刻步骤：采用光刻工艺将掩膜的图形转移到SiC膜层上；刻蚀步骤：采用感应耦合等离子体刻蚀机在SiC膜层上刻蚀型槽。本发明制备的模具型槽，导热系数高、热膨胀系数小，耐火、耐磨性强，对氢氧化钾碱溶液和氟化氢酸溶液等腐蚀剂都有抗腐蚀作用。

技术领域

本发明设计模具制备技术领域，具体设计一种微纳模具型槽的制备方法。

背景技术

随着模具器件向微纳方向发展，常用的模具钢已经远远达不到要求。在亚微米尺度，常规的加工工艺已经达不到此性能要求。对于激光刻蚀加工，10μm基本到达它的加工极限。但激光原理是热熔加工，边缘程锯齿状，粗糙度很大，满足不了此等尺寸下的模具型槽加工工艺。一些陶瓷材料如Al₂O₃、SiN_x，具有极强的耐腐蚀性能，不能采用湿法腐蚀方法对其加工。

在微纳尺寸里面，制备此类模具型槽的材料性能要求很高，要求强度、硬度大，耐磨性等强。SiC有优良的物理性能，莫氏硬度为9.5，排在金刚石之后，导热系数高、热膨胀系数小，可以作为器件的耐磨层、刀具表层凃层，作为耐火、耐磨、耐腐蚀性材料。由于天然的SiC较少，常见的方法是是使用SiO₂、焦炭等其他物质在大于2000℃情况下制备出SiC。SiC、WC等材料可以用作微纳模具的材料。传统加工工艺已经不能将SiC材料进行加工。

发明内容

本发明的目的是提供一种微纳模具型槽的制备方法，利用气相沉积、等离子体刻蚀工艺，克服了激光刻蚀产生的边缘程锯齿状、粗糙度大，达不到性能要求的缺陷。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案为：一种微纳模具型槽的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、镀膜：在等离子体增强化学气相沉积镀膜机中，采用Si片作为基体材料，在基体材料表面沉积SiC膜层；

步骤二、光刻：采用光刻工艺将掩膜的图形转移到SiC膜层上；

步骤三、刻蚀：采用感应耦合等离子体刻蚀机在SiC膜层上刻蚀型槽。

进一步地，步骤一中，利用SiH₄、CH₄气体在基体材料的表面沉积SiC膜层，等离子体增强化学气相沉积镀膜机的功率设定为300~400w，气压为1~5Pa，SiH₄、CH₄的气体流量比为2：1~6：1。

进一步地，步骤二包括以下工艺：

（1）、采用AZ系列光刻胶，在基体材料上匀胶；

（2）、在烘胶台上，进行光刻胶坚膜工艺；

（3）、采用曝光工艺，将掩膜版的图案转移到SiC膜层上；

（4）、采用显影工艺，对曝光后的SiC膜层进行显影。

其中，步骤（1）中，匀胶厚度为2~3μm。

其中，步骤（2）中，烘胶的温度为100~120℃，时间为5~10min。

其中，步骤（3）中，曝光的照度设定为12~20W/cm²，曝光时间设定为30~60s。

其中，步骤（4）中，显影液的温度为20~30℃，显影时间为40~60s。

进一步地，步骤三中，在感应耦合等离子体刻蚀机的上/下电极的功率设定为550~600W/300~350W，气压设定为1~10Pa。

进一步地，步骤三中，采用CF₄、SF₆、O₂三种刻蚀气体对SiC膜层进行刻蚀。