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、sinx，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。
技术实现要素：
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。
其中，cf4、sf6、o2混合刻蚀气体的流量的范围为20~60sccm，且cf4、sf6、o2三种刻蚀气体的流量之比依次为5：1：1~7：1：1。
本发明包括sic膜层生长工艺、光刻、sic膜层刻蚀工艺，型槽技术指标能达到设计尺寸要求。其中，微纳模具型槽的sic膜层是采用pecvd化学气相沉积方法制备，sic薄膜具有较佳的热稳定性和化学稳定性，对于氢氧化钾（koh）碱溶液和氟化氢（hf）酸溶液等腐蚀剂都有抗腐蚀作用。
本发明采用光刻、等离子体刻蚀工艺，对sic材料进行加工。sf6刻蚀作为混合刻蚀气体的一种，在直流电源、射频激发状态下，sf6离解出f-。使用rie、icp等设备，在高浓度的等离子体腔体内，ar+将si-c键轰击断裂，f-离子与si产生sifx化合物，刻蚀出达到1μm左右宽度的线条。此工艺制备的sic模具型槽，加工精度高，粗糙度可以达到40~100nm。加工效率高，满足了模具行业的部分需求。
有益效果：利用本发明的工艺，能够制备出开口尺寸为800nm~2μm的“v”型、“u”型、“凵”型、半圆型等形状的sic模具型槽。此工艺制备的sic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。
附图说明
图1为镀膜后型貌示意图；
图2为匀胶后型貌示意图；
图3为光刻后型貌示意图；
图4为刻蚀后型貌示意图。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
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。
本发明的光刻工艺是采用光刻胶掩膜；刻蚀工艺是采用icp等离子体刻蚀工艺。
本发明是以下方式实现的：图1到图4阐述了制造工艺的步骤。
步骤一、pecvd镀膜：
如图1所示，在pecvd化学气相沉积镀膜机上，在si基体材料表面沉积sic膜层，功率设定300~400w，气压为1~5pa，sih4、ch4气体的流量比为2：1~6：1。
步骤二、光刻：
如图2所示，采用az系列光刻胶，在si基体上匀胶，匀胶厚度为2~3μm；在烘胶台上，温度100~120℃，时间5~10min，进行光刻胶坚膜工艺；
如图3所示，曝光、显影工艺将掩膜版的图案转移到sic膜层上；曝光的照度设定设定为12~20w/cm2，曝光时间设定为30~60s；利用专用显影液对曝光后的样品进行显影，显影液的温度控制在20~30℃，显影时间40~60s。曝光的目的是通过汞弧灯或其他辐射源将图形转移到光刻胶图层上；显影是利用显影液溶解掉不需要的光刻胶，将掩膜版上的图形转移到光刻胶上。
步骤三、sic材料上刻蚀型槽：
如图4所示，在icp高密度等离子刻蚀机上，采用cf4、sf6、o2三种刻蚀气体对sic膜层进行刻蚀，上/下电极的功率设定为550~600w/300~350w，气压设定为1~10pa，混合刻蚀气体的流量设定的范围为20~60sccm，且cf4、sf6、o2三种刻蚀气体的流量之比依次为7：1：1~5：1：1。也可以采用rie刻蚀机进行刻蚀。
步骤一所述的sic膜层，利用sih4、ch4气体在等离子体状态下，离解出si、c离子，合成出了sic。
步骤三的刻蚀型槽的工艺条件，在功率一定的条件下，参数气压决定了模具型槽的型貌。刻蚀气体采用三种cf4、sf6、o2刻蚀气体对sic进行刻蚀，三种流量之比为5：1：1~7：1：1，刻蚀反应公式（1）~（3）如下：
cf4-→cfx++cfy-（1）；
sic+cfn→sif4+c（2）；
c+o2→co+co2（3）；
在刻蚀过程之中，氧有双重作用，氧气的增大，可以降低f原子的数量，f原子数量降低，会影响前期si的刻蚀速率，因此，过量的氧气会降低sic刻蚀速率。
本发明制备出了开口尺寸为800nm~2μm的“v”型、“u”型、“凵”型、半圆型等形状的sic模具型槽。
本发明采用了sih4与ch4混合气体，降低了气体的危险系数，sih4气体的含量为5%。
实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
实施例1
一种微纳模具型槽的制备方法，包括以下步骤：
（1）镀膜：在pecvd化学气相沉积镀膜机上，在si基体材料表面沉积sic薄膜；
（2）光刻：采用光刻工艺将掩膜的图形转移到sic膜层上；
（3）刻蚀：利用刻蚀机在sic膜层上刻蚀型槽。
步骤（1）中，利用pecvd化学气相方法沉积sic薄膜5μm。sih4、ch4气体的流量比为6：1，功率设定300w，气压为1pa。
步骤（3）中，利用icp刻蚀机在sic膜层上刻蚀型槽。刻蚀气体采用cf4、sf6、o2刻蚀气体，流量之比为7：1：1，总流量为40sccm。上/下电极的功率设定为550/300w，气压设定为1pa。
刻蚀的型槽为“凵”型。
实施例2
一种微纳模具型槽的制备方法，包括以下步骤：
（1）镀膜：在pecvd化学气相沉积镀膜机上，在si基体材料表面沉积sic薄膜；
（2）光刻：采用光刻工艺将掩膜的图形转移到sic膜层上；
（3）刻蚀：利用刻蚀机在sic膜层上刻蚀型槽。
步骤（1）中，利用pecvd化学气相方法沉积sic薄膜8μm。sih4、ch4气体的流量比为2：1，功率设定300w，气压为1pa。
步骤（3）中，利用icp刻蚀机在sic膜层上刻蚀型槽。刻蚀气体采用cf4、sf6、o2刻蚀气体，流量之比为6：1：1，总流量为30sccm。上/下电极的功率设定为580/350w，气压设定为3pa。
刻蚀的型槽为“u”型。
实施例3
一种微纳模具型槽的制备方法，包括以下步骤：
（1）镀膜：在pecvd化学气相沉积镀膜机上，在si基体材料表面沉积sic薄膜；
（2）光刻：采用光刻工艺将掩膜的图形转移到sic膜层上；
（3）刻蚀：利用刻蚀机在sic膜层上刻蚀型槽。
步骤（1）中，利用pecvd化学气相方法沉积sic薄膜10μm。sih4、ch4气体的流量比为5：1，功率设定300w，气压为2pa。
步骤（3）中，利用icp刻蚀机在sic膜层上刻蚀型槽。刻蚀气体采用cf4、sf6、o2刻蚀气体，流量之比为6：1：1，总流量为30sccm。上/下电极的功率设定为580/350w，气压设定为10pa。
刻蚀的型槽为“v”型。
本发明pecvd镀膜机器的型号为北京创世威纳科技有限公司制备的pecvd-601镀膜机。
本发明光刻工艺采用的设备是nikon光刻机。
本发明等离子刻蚀机的型号为北京创世威纳科技有限公司制备的icp-601刻蚀机。
本发明制得的各种型槽模具不限于本发明实施例记载的形状，其中，图4列举了刻蚀的“v”型的型槽，槽底呈平底结构。本发明制备的型槽的形状可控，通用性强。