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| 必不可少的纳米复制凹坑 |
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| 2006-5-25 19:57:26
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要提高CD等光学媒体的储存密度，如果没有表面结构的微型化，也就是所谓的“凹坑”就是不可能的。在探寻新的注塑化合物与评估新型母碟时，以纳米级来精密复制这些凹坑在一定程度上就变得必不可少了。
作为德国拜耳材料科技研究项目的一部分，不同的成型化合物与各种类型的母碟（晶片与压模）被检测它们复制纳米结构的潜力。在较早期的试验中已被使用的直径80mm、厚度1.2mm的塑料碟片被选作模制品。这些塑料碟片的表面含有不同的结构，能根据已使用的母碟进行变化。母碟是一个碟型的注塑模具嵌件，已经具有了表面结构。母碟的表面结构主要由V型凹坑或凹槽构成。结构是微米/次微米级和纳米级的。除了这些V型凹坑，U型凹坑和∧型凸起也被用作塑料复制的母碟结构。常用到的母碟包括了带V型微槽的硅晶片、带V型微槽的镍压模（由硅晶片直接加工而来）带CD-R凹槽的镍压模。
母片的生产与构成
一块硅晶片是由各有异性湿式蚀刻做出来的。这包括了硅单晶，并对具有一定形状的V型凹坑进行蚀刻。依靠特定的蚀刻方案，材料在不同的速度之下被去除，根据晶体取向而变化。表面<100>和<111>的垂直蚀刻移取率约为400：1。对于表面拉伸达<100>的硅单晶，各个原子层据此原则被连续地去除。这引起硅表面上的V型凹坑，其纵横比由这种晶格结构所控制。纵横比a描述的是结构高度H与结构宽度B之间的比值（图1）。对于这里所用表面<100>晶格结构的晶片，这会产生0.707的纵横比。
结构式样与不同结构区域的排列相对应（图2）。为了备制晶片，硅被氧化（SiO2层，厚度120±1nm），并最终被加工。在显露之前，晶片被赋予了防御层，也就是为人所知的上漆。可作为选择的，一个防影像层可以被用作光学平版印刷（厚度约400nm）或电子束平版印刷（厚度约60nm）用PMMA的有效防御层。
在接下来的步骤中，所谓的蚀刻窗在这一层被创造出来。为了这个目的，利用掩模对准器，晶片就显现出来。在随后的变化中显露的防御层被溶解开来。
为了传送这个结构，被蚀刻窗的结构被活性离子蚀刻传送至氧化层。通过用氢氧化钾的湿式蚀刻，最终结构被刻到硅中。最后，SiO2层被氢氟酸所去除掉。为了在注射模具中的使用，防粘涂层也必须被施加，以防止塑料与晶片的粘着。
从硅晶片到镍压模
初始金层被涂覆到结构化的硅晶片上。随后是镀镍，也就是从一块带V型凹坑的硅晶片上，我们获得了带∧型凸起的镍质碟片。如果这被直接放到成型工具中，我们就在聚合物中获得了V型凹坑。这些负结构难于进行轮廓测量。只有随后通过不断地重复起始的电镀过程，才会做出与母碟一样的镍质碟片。在复制时，这会产生∧型凸起，因为它们的隆起形态，所以易被测量。镀镍有着高保真度。即使是通过AFM测量法也不可能真正地探测出尺寸偏差。
对于宽度达2mm的结构，可以使用具有商用掩模对准器的照相平版印刷法。它们的优点是，依靠工业用电子束平版印刷机或光学式样产生器，蒙片只须被做一次，然后就能被用于曝光多次。
对于宽度小于100nm的较狭窄结构，一般只能利用特殊的曝光工艺，它利用了固有激光束的干扰效果，或者是利用连续记录过程，以微粒或电子作为探测器，例如电子束平版印刷。余下的过程就如已经所描述的步骤了。
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