專(zhuān)利名稱(chēng)：印花轉(zhuǎn)印刻蝕的制作方法
聯(lián)邦政府資助的研究或發(fā)展本申請(qǐng)的主題部分地享受美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金(NSF)授予第CHE0097096號(hào)；美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局(DARPA)授予第FA8650-04-C-7101號(hào)；以及美國(guó)能源部(DOE)授予第DEFG02-91ER45439號(hào)資助。政府對(duì)本發(fā)明擁有一定權(quán)利。
背景技術(shù)：
軟刻蝕是微制造中通用的一種圖案化技術(shù)，用于制造微結(jié)構(gòu)。這種技術(shù)使用圖案化的彈性體將圖案從母模轉(zhuǎn)印到基底上。圖案化的彈性體例如可以用作轉(zhuǎn)印物質(zhì)的印章、用作被物質(zhì)填充的模具或用作用來(lái)在基底上選擇性沉積和/或從基底上選擇性去除材料的掩模。參見(jiàn)，例如，Xia，Y.和Whitesides，G.M.Annu.Rev.Mater.Sci.(1998)28153-184。
與此不同的是，常規(guī)光刻利用剛性光掩模使光致抗蝕劑層圖案化，然后在后續(xù)的蝕刻和沉積步驟中，圖案化的光致抗蝕劑保護(hù)圖案下方的材料。軟刻蝕與常規(guī)光刻相比有多種優(yōu)點(diǎn)。軟刻蝕可以在單一沉積步驟中產(chǎn)生三維結(jié)構(gòu)和非平面結(jié)構(gòu)，而不需要逐步組裝各層。由于彈性體的機(jī)械柔韌性，非平面基底可以圖案化?？梢允褂帽裙饪趟酶蠓秶牟牧线M(jìn)行各種軟刻蝕技術(shù)，并且軟刻蝕中所用的材料和技術(shù)通常成本更低。由于這些優(yōu)點(diǎn)，軟刻蝕被證實(shí)適用于多種應(yīng)用，包括集成光學(xué)、微電機(jī)系統(tǒng)(MEMS)、微流體學(xué)和用于使諸如蛋白、核酸和細(xì)胞等生物材料圖案化。
在一個(gè)例子中，圖案化的彈性體印章可以與基底接觸，形成可具有二維或三維圖案的通道。然后可以使用用于固態(tài)物質(zhì)如聚合物或陶瓷的液態(tài)前體填充通道。通道也可用于混合不同的流體物質(zhì)，從而用作微反應(yīng)器或微分析工具。使用這種技術(shù)形成固態(tài)圖案化結(jié)構(gòu)被稱(chēng)作MicromoldingInCapillaries(毛細(xì)微模塑法)或“MIMIC”。這種技術(shù)的缺點(diǎn)包括需要圖案連續(xù)，以填充整個(gè)圖案。此外，通道必須足夠大以適應(yīng)用于填充圖案的液體的粘度，從而可能會(huì)限制得到的分辨率。
在另一個(gè)例子中，可以使用物質(zhì)涂布圖案化的彈性體印章，然后與基底接觸。去除印章使得印章圖案中的物質(zhì)沉積在基底。這樣轉(zhuǎn)印的物質(zhì)用作在基底上印刷的油墨。這種技術(shù)被稱(chēng)作微接觸印刷或“μCP”，可用于形成不連續(xù)的圖案，并可以形成分辨率高于MIMIC的圖案。微接觸印刷的應(yīng)用通常涉及到添加型刻蝕，這種刻蝕在圖案化的油墨上或在露出的基底上選擇性沉積另一種物質(zhì)。這種技術(shù)的缺點(diǎn)包括可以用作基底和用作油墨的材料范圍受限。
在另一個(gè)例子中，圖案化的彈性體膜可被涂布到基底上。然后這種膜用作掩模，以選擇性去除露出的基底(去除型刻蝕)，或用于添加型刻蝕。取決于膜和基底所用的材料，它們之間的可逆結(jié)合可用于在所需的微制造過(guò)程中穩(wěn)定膜，并且一旦達(dá)到預(yù)期目的就去除膜。這種技術(shù)的缺點(diǎn)包括極難涂布、去除和處理彈性體薄膜。此外，膜必須是連續(xù)的，并且不能用于使不連續(xù)形狀和圖案成像。
因此，需要提供一種改進(jìn)的軟刻蝕技術(shù)，這種技術(shù)可用于在平面和非平面基底上形成連續(xù)或不連續(xù)的、二維或三維的圖案，并且圖案可以是通道形式或用于添加型和去除型刻蝕的掩模。還優(yōu)選的是，這些圖案可以形成在大范圍的物質(zhì)上，并且可以使用大范圍的物質(zhì)形成這些圖案，而不需要精細(xì)處理所涉及到的材料。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明的第一實(shí)施方案中，提供一種制造微結(jié)構(gòu)的方法，包括選擇性活化含硅彈性體的部分表面，使所述活化部分與物質(zhì)接觸，以及使所述活化部分與物質(zhì)結(jié)合，使得所述活化部分和與所述活化部分接觸的物質(zhì)不可逆地連接。
這些實(shí)施方案可以包括如下的方法，其中所述選擇性活化包括部分地覆蓋所述表面，以提供所述表面的被保護(hù)部分和所述表面的未被保護(hù)部分，以及對(duì)所述未被保護(hù)部分進(jìn)行活化處理。這些實(shí)施方案還可以包括如下的方法，其中所述進(jìn)行活化處理包括用UV射線(xiàn)照射所述未被保護(hù)部分。這些實(shí)施方案還可以包括如下的方法，其中所述部分地覆蓋所述表面包括在所述含硅彈性體的表面上配置掩模。所述掩模包括UV-不透明部和UV-透明部的圖案并包括在所述UV-不透明部下的間隔材料，以及所述表面的未被保護(hù)部分在所述UV-透明部之下并與其分開(kāi)。
在本發(fā)明的第二實(shí)施方案中，提供一種制造微結(jié)構(gòu)的方法，包括在含硅彈性體的未圖案化表面上配置掩模。所述掩模包括UV-不透明部和UV-透明部的圖案并包括在所述UV-不透明部下的間隔材料，以及所述未圖案化的表面包括在所述UV-透明部之下并與其分開(kāi)的露出部分。所述方法還包括用UV射線(xiàn)照射所述未圖案化表面的露出部分，從所述表面去除所述掩模，使所述表面與基底接觸，以及使所述含硅彈性體與所述基底分離，使得所述基底和所述表面的露出部分保持接觸。
在本發(fā)明的第三實(shí)施方案中，提供一種制造微結(jié)構(gòu)的方法，包括在包括隆起區(qū)和下降區(qū)的圖案的含硅彈性體表面上配置掩模。所述掩模包括UV-不透明部和UV-透明部的圖案并包括在所述UV-不透明部下的間隔材料，以及所述表面包括在所述UV-透明部之下并與其分開(kāi)的隆起區(qū)的露出部分。所述方法還包括用UV射線(xiàn)照射所述隆起區(qū)的露出部分，從所述表面去除所述掩模，使所述隆起區(qū)與基底接觸，以及使所述含硅彈性體與所述基底分離，使得所述基底和所述隆起區(qū)的露出部分保持接觸。
這些實(shí)施方案可以包括如下方法，還包括在分離之后，將蝕刻劑涂布到所述基底上，以去除未與所述表面的露出部分接觸的基底部分；以及從所述基底去除所述含硅彈性體。
這些實(shí)施方案可以包括如下方法，還包括在分離之后，在所述基底上沉積材料；以及從所述基底去除所述含硅彈性體，以提供所述沉積材料的圖案。
在本發(fā)明的第四實(shí)施方案中，提供一種制造微結(jié)構(gòu)的方法，包括在含硅彈性體的表面上配置掩模。所述掩模包括UV-不透明部和UV-透明部的圖案并包括在所述UV-不透明部下的間隔材料，以及所述表面包括在所述UV-透明部之下并與其分開(kāi)的露出部分。所述方法還包括用UV射線(xiàn)照射所述露出部分；從所述表面去除所述掩模，使所述表面與散體材料接觸，以及從所述表面去除未結(jié)合的散體材料，使得所述露出部分和與所述露出部分接觸的散體材料保持連接。
在本發(fā)明的第五實(shí)施方案中，提供一種制造微結(jié)構(gòu)的方法，包括在含硅彈性體的表面上配置掩模。所述掩模包括UV-不透明部和UV-透明部的圖案并包括在所述UV-不透明部下的間隔材料，以及所述表面包括在所述UV-透明部之下并與其分開(kāi)的露出部分。所述方法還包括用UV射線(xiàn)照射所述露出部分，從所述表面去除所述掩模，使所述表面與化合物接觸，以及漂洗所述含硅彈性體，使得所述含硅彈性體和與所述表面的活化部分接觸的化合物保持連接。
在本發(fā)明的第六實(shí)施方案中，提供一種選擇性活化表面的方法，包括在含硅彈性體的表面上配置掩模。所述掩模包括UV-不透明部和UV-透明部的圖案并包括在所述UV-不透明部下的間隔材料，以及所述表面包括在所述UV-透明部之下并與其分開(kāi)的露出部分。所述方法還包括用UV射線(xiàn)照射所述表面的露出部分。


圖1是使用光刻內(nèi)聚機(jī)械破壞(P-CMF，Photodefined CohesiveMechanical Failure)的圖案轉(zhuǎn)印方法示圖；圖2是使用直接刻蝕的圖案轉(zhuǎn)印方法示圖；圖3是使散體材料圖案化的方法示圖；圖4是使化合物圖案化的方法示圖；圖5A和圖5B分別是使用P-CMF形成的彈性體圖案的光學(xué)顯微照片和原子力顯微鏡(AFM)線(xiàn)掃描；圖6A-D是使用P-CMF形成的彈性體圖案的光學(xué)顯微照片(A & C)和AFM線(xiàn)掃描(B)，和源于彈性體圖案的金圖案的光學(xué)顯微照片(D)；
圖7A-D是使用直接刻蝕形成的彈性體圖案的AFM圖像(A)和線(xiàn)掃描(B)，和圖案化處理之后彈性體的AFM圖像(C)和線(xiàn)掃描(D)；圖8A和圖8B分別是使用直接刻蝕形成的亞微米彈性體圖案的AFM圖像和線(xiàn)掃描；以及圖9A-B是使用直接刻蝕形成的彈性體圖案的光學(xué)顯微照片(A)和AFM圖像(A，插圖)，和從彈性體圖案形成的金圖案的光學(xué)顯微照片(B)；圖10A-B是使用直接刻蝕形成的彈性體圖案的光學(xué)顯微照片(A)和AFM圖像(B)；圖11A-D是SOI晶片的光學(xué)顯微照片(A-B)和相應(yīng)的含硅彈性體的光學(xué)顯微照片(C-D)，每一個(gè)都具有硅線(xiàn)圖案。
具體實(shí)施例方式
在本發(fā)明的第一方面中，一種制造微結(jié)構(gòu)的方法，包括選擇性活化含硅彈性體的部分表面，使所述活化部分與物質(zhì)接觸，以及使所述活化部分與物質(zhì)結(jié)合。所述表面的活化部分和與所述活化部分接觸的物質(zhì)不可逆地連接。
這些方面可以包括如下的方法，其中所述選擇性活化包括部分地覆蓋所述表面，以提供所述表面的被保護(hù)部分和所述表面的未被保護(hù)部分，以及對(duì)所述未被保護(hù)部分進(jìn)行活化處理。這些方面還可以包括如下的方法，其中所述進(jìn)行活化處理包括用UV射線(xiàn)照射所述未被保護(hù)部分。這些方面還可以包括如下的方法，其中所述部分地覆蓋所述表面包括在所述含硅彈性體的表面上配置掩模。所述掩模包括UV-不透明部和UV-透明部的圖案并包括在所述UV-不透明部下的間隔材料。所述表面的未被保護(hù)部分在所述UV-透明部之下并與其分開(kāi)。
在本發(fā)明的第二方面中，一種制造微結(jié)構(gòu)的方法，包括如上所述，在含硅彈性體的未圖案化表面上配置掩模，使得所述未圖案化的表面包括在所述UV-透明部之下并與其分開(kāi)的露出部分，用UV射線(xiàn)照射所述未圖案化表面的露出部分，從所述表面去除所述掩模，使所述表面與基底接觸，以及使所述含硅彈性體與所述基底分離。所述基底和所述表面的露出部分保持接觸。
在本發(fā)明的第三方面中，一種制造微結(jié)構(gòu)的方法，包括如上所述，在包括隆起區(qū)和下降區(qū)的圖案的含硅彈性體表面上配置掩模，使得所述表面包括在所述UV-透明部之下并與其分開(kāi)的隆起區(qū)的露出部分，用UV射線(xiàn)照射所述隆起區(qū)的露出部分，從所述表面去除所述掩模，使所述隆起區(qū)與基底接觸，以及使所述含硅彈性體與所述基底分離。所述基底和所述隆起區(qū)的露出部分保持接觸。
這些方面還可以包括如下方法，其中在分離之后，將蝕刻劑涂布到所述基底上，以去除未與所述表面的露出部分接觸的基底部分。然后可以從所述基底去除所述含硅彈性體。這些實(shí)施方案還可以包括如下方法，其中在分離之后，在所述基底上沉積材料。然后可以從所述基底去除所述含硅彈性體，以提供所述沉積材料的圖案。
在本發(fā)明的第四方面中，一種制造微結(jié)構(gòu)的方法，包括如上所述，在含硅彈性體的表面上配置掩模，使得所述表面包括在所述UV-透明部之下并與其分開(kāi)的露出部分，用UV射線(xiàn)照射所述露出部分；從所述表面去除所述掩模，使所述表面與散體材料接觸，以及從所述表面去除未結(jié)合的散體材料。所述露出部分和與所述露出部分接觸的散體材料保持連接。
在本發(fā)明的第五方面中，一種制造微結(jié)構(gòu)的方法，包括如上所述，在含硅彈性體的表面上配置掩模，使得所述表面包括在所述UV-透明部之下并與其分開(kāi)的露出部分，用UV射線(xiàn)照射所述露出部分，從所述表面去除所述掩模，使所述表面與化合物接觸，以及漂洗所述含硅彈性體。所述含硅彈性體和與所述表面的活化部分接觸的化合物保持連接。
在本發(fā)明的第六方面中，一種選擇性活化表面的方法，包括如上所述，在含硅彈性體的表面上配置掩模，使得所述表面包括在所述UV-透明部之下并與其分開(kāi)的露出部分，以及用UV射線(xiàn)照射所述表面的露出部分。
本發(fā)明中，術(shù)語(yǔ)“微結(jié)構(gòu)”被定義作含有1,000微米(μm)或更小的特征的結(jié)構(gòu)或圖案。形成微結(jié)構(gòu)在本發(fā)明中稱(chēng)作“微制造”，包括但不限于諸如微刻蝕、軟刻蝕、MIMIC和自組裝等技術(shù)。
本發(fā)明中，針對(duì)含硅彈性體的術(shù)語(yǔ)“活化”被定義作使惰性表面轉(zhuǎn)化成反應(yīng)性表面。例如，通常未活化態(tài)的表面可能不與基底結(jié)合；然而，活化該表面在該表面和該基底間提供強(qiáng)結(jié)合。
本發(fā)明中，術(shù)語(yǔ)“選擇性活化”被定義作活化表面的特定部分，同時(shí)保持表面的其余部分處于未活化態(tài)。
本發(fā)明中，術(shù)語(yǔ)“不可逆地連接”指兩種物質(zhì)之間的結(jié)合足夠強(qiáng)，使得在未損壞或破壞一種或兩種物質(zhì)的情況下，各物質(zhì)不能機(jī)械地分離。不可逆地連接的物質(zhì)可以通過(guò)處于適合的化學(xué)環(huán)境如化學(xué)試劑或照射中被分離。
術(shù)語(yǔ)“在…上(on)”被定義作相對(duì)于所述方位“在…之上(above)”。例如，如果第一元件位于第二元件的至少一部分上，那么第一元件被認(rèn)為是“位于第二元件上”。在另一個(gè)例子中，如果第一元件在第二元件的至少一部分之上，那么第一元件被認(rèn)為是“在第二元件上”。使用術(shù)語(yǔ)“在…上(on)”不排除在所述上元件和所述下元件之間存在物質(zhì)。例如，第一元件在其上表面上可以具有涂層，而在第一元件的至少一部分和其上涂層之上的第二元件可被描述為“在第一元件上”。因此，使用術(shù)語(yǔ)“在…上(on)”可以指相關(guān)的兩個(gè)元件彼此物理接觸，或者也可以不接觸。
相似地，術(shù)語(yǔ)“在…下(under)”被定義作相對(duì)于所述方位“在…之下(below)”。使用術(shù)語(yǔ)“在…下(under)”不排除在所述元件之間存在物質(zhì)，可以指各元件彼此物理接觸，或者也可以不接觸。
本發(fā)明中，術(shù)語(yǔ)“彈性體”被定義作當(dāng)經(jīng)外力變形時(shí)可以回復(fù)到初始尺寸的聚合物。當(dāng)聚合物滿(mǎn)足以下標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，其被認(rèn)為是彈性體。固態(tài)并且初始線(xiàn)性尺寸Do的聚合物樣品受到力，使其尺寸變化10％。一旦不再施加力，尺寸假設(shè)為值De，其中De＝Do±0.01Do。
本發(fā)明中，術(shù)語(yǔ)“含硅彈性體”是含有硅(Si)原子的彈性體。含硅彈性體的例子包括但不限于聚硅氧烷，如聚(二甲基硅氧烷)，聚(甲基硅氧烷)，部分烷基化的聚(甲基硅氧烷)，聚(烷基甲基硅氧烷)和聚(苯基甲基硅氧烷)；含有聚硅氧烷和另一種聚合物鏈段的嵌段共聚物；硅改性的彈性體，如硅改性的天然橡膠，硅改性的聚烯烴(包括硅改性的聚異戊二烯，硅改性的聚丁二烯和硅改性的聚異丁烯)，硅改性的聚酰亞胺，硅改性的交聯(lián)的酚醛樹(shù)脂(Si-改性的NOVOLAC)和硅改性的聚氨酯彈性體。通過(guò)與硅烷和硅氧烷的反應(yīng)(包括硅氫化作用和縮合)進(jìn)行彈性體的硅改性。優(yōu)選地，含硅彈性體是聚硅氧烷。更優(yōu)選地，含硅彈性體是聚(二甲基硅氧烷)，稱(chēng)作“PDMS”。
含硅彈性體的其他例子包括聚硅氧烷與其他聚合物的嵌段共聚物。例如，可以用聚烯烴如聚乙烯(美國(guó)專(zhuān)利5,618,903，引入本文作為參考)、聚(異丁烯)(美國(guó)專(zhuān)利5,741,859，引入本文作為參考)、聚丙烯(美國(guó)專(zhuān)利5,744,541，引入本文作為參考)、聚苯乙烯和各種聚二烯(美國(guó)專(zhuān)利5,932,649，引入本文作為參考)以及聚異戊二烯和聚丁二烯(美國(guó)專(zhuān)利6,362,288，引入本文作為參考)形成含有聚硅氧烷的嵌段共聚物。在另一個(gè)例子中，可以用丙烯酸酯類(lèi)(美國(guó)專(zhuān)利6,090,902，引入本文作為參考)與通過(guò)聚合不飽和單體形成的各種聚合物(美國(guó)專(zhuān)利6,124,411，引入本文作為參考)以及與各種類(lèi)型的硅氧烷(美國(guó)專(zhuān)利5,637,668，引入本文作為參考)來(lái)形成含有聚硅氧烷的嵌段共聚物。在另一個(gè)例子中，可以用縮聚物如聚碳酸酯(美國(guó)專(zhuān)利6,072,011，引入本文作為參考)和聚(芳醚)(美國(guó)專(zhuān)利6,339,131，引入本文作為參考)來(lái)形成含有聚硅氧烷的嵌段共聚物，還可以用聚醚如聚環(huán)氧乙烷和聚環(huán)氧丙烷來(lái)形成含有聚硅氧烷的嵌段共聚物(美國(guó)專(zhuān)利6,013,711，引入本文作為參考)。含硅彈性體的其他例子包括含有聚硅氧烷重復(fù)單元與聚酯和/或聚碳酸酯重復(fù)單元的共聚物(美國(guó)專(zhuān)利6,407,193，引入本文作為參考)，還包括聚硅氧烷與聚酰胺的共混物(美國(guó)專(zhuān)利6,344,521，引入本文作為參考)以及聚硅氧烷與聚烯烴、聚氨酯或苯乙烯聚合物的共混物(美國(guó)專(zhuān)利6,153,691，引入本文作為參考)。含硅彈性體的其他例子包括通過(guò)用硅烷化合物處理而含有硅的被改性的聚合物(美國(guó)專(zhuān)利6,136,926，引入本文作為參考)。
可以通過(guò)不可逆地結(jié)合活化的含硅彈性體與另一種材料制備包括含硅彈性體的微結(jié)構(gòu)。例如，通過(guò)活化部分含硅彈性體，然后使活化部分的表面與單片基底接觸并結(jié)合，可以在彈性體的活化部分和基底之間形成不可逆的結(jié)合。當(dāng)從基底拖拉彈性體或以其他方式使彈性體與基底分離時(shí)，彈性體可能發(fā)生內(nèi)聚破壞，從而使大塊部分與活化的部分分離。優(yōu)選地，內(nèi)聚破壞使得彈性體材料的膜僅在彈性體表面已被活化并與基底接觸的區(qū)域中保持與基底結(jié)合。在另一個(gè)例子中，使具有活化部分的含硅彈性體與化合物或散體材料接觸并結(jié)合可以在彈性體表面上提供化合物或材料的圖案。
通過(guò)保護(hù)部分含硅彈性體，然后對(duì)未被保護(hù)部分進(jìn)行活化處理，可以實(shí)現(xiàn)選擇性活化部分含硅彈性體。例如，可以在含硅彈性體的表面上形成硬質(zhì)掩模，然后可以對(duì)彈性體表面的露出部分進(jìn)行活化處理。然后在彈性體與另一種材料結(jié)合之前，必須去除硬質(zhì)掩模。在另一個(gè)例子中，可以將無(wú)支撐掩模配置在含硅彈性體的表面上，使得在活化處理之后可以使掩模和彈性體容易地分離。
可以通過(guò)本領(lǐng)域已知的各種處理中的任一種進(jìn)行活化處理，只要所需的彈性體部分未被處理。在一種方法中，例如，彈性體可以接觸氧等離子體，以活化露出的彈性體表面?？梢酝ㄟ^(guò)在低至40℃的溫度下使氧氣流轉(zhuǎn)化成等離子體來(lái)進(jìn)行這種活化。在另一種方法中，通過(guò)UV/臭氧處理的氧化來(lái)活化含硅彈性體。這種處理方法被稱(chēng)作“UVO”，記載在例如共同未決的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)10/230,882(美國(guó)專(zhuān)利6,805,809)中，在此引入該專(zhuān)利申請(qǐng)作為參考。UVO方法包括通過(guò)使含硅彈性體的表面與足以從環(huán)境氣氛中產(chǎn)生臭氧和/或其他氧化性物質(zhì)如單重態(tài)氧的紫外線(xiàn)接觸，來(lái)氧化含硅彈性體的表面。UVO活化還可以包括使表面與富含分子氧(O2)或臭氧(O3)的氣氛接觸。UVO活化的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，含硅彈性體可以在溫和條件下充分活化。
UVO處理的量可以隨含硅彈性體的類(lèi)型和彈性體將結(jié)合的材料類(lèi)型而變化。例如，對(duì)于含有比PDMS的甲基揮發(fā)性更小的烷基或芳基有機(jī)側(cè)基的聚硅氧烷而言，UVO可能需要進(jìn)行更長(zhǎng)時(shí)間。此外，對(duì)于硅改性的彈性體和含有聚硅氧烷的嵌段共聚物而言，可能需要更長(zhǎng)時(shí)間的UVO，因?yàn)楣柙颖仍赑DMS中濃度更低。UVO處理用的UV源可以是任何UV源。UV源的例子包括汞放電燈和氘放電燈。優(yōu)選地，UV源是氘放電燈。
使用UVO通過(guò)對(duì)已經(jīng)用掩模覆蓋的彈性體進(jìn)行UVO處理，可以選擇性活化含硅彈性體。UVO處理用的掩模優(yōu)選用于將UV射線(xiàn)傳送到彈性體的露出區(qū)域并使露出區(qū)域與含有氧的氣氛接觸。這種氣氛中存在的氧與UV射線(xiàn)一起用于活化彈性體的露出部分。
選擇性UVO活化用的掩模100的一般設(shè)計(jì)示于圖1-4中，其中用UV-不透明層120部分地覆蓋UV-透明透鏡110。用間隔材料130覆蓋圖案化的UV-不透明層。UV-透明材料110、含硅彈性體150的露出部分152以及間隔材料130限定的間隙140允許在UVO處理中彈性體與氣氛接觸。在UVO掩模的具體例子中，UV-透明透鏡是石英透鏡，UV-不透明膜是圖案化的金膜。可以?xún)?yōu)選的是在石英和金膜之間提供鈦層，在這種情況下，鈦優(yōu)選具有與金膜相同的圖案。
優(yōu)選地，間隔材料是用于使UV-不透明膜圖案化的光致抗蝕劑材料。盡管在下層圖案化之后通常去除光致抗蝕劑材料，但是使用光致抗蝕劑作為間隔材料可以提供多種優(yōu)點(diǎn)。光致抗蝕劑通常沉積成均勻、可控厚度的層，因此生成的間隔材料同樣具有可根據(jù)需要變化的均勻厚度。此外，由于光致抗蝕劑最初用于使UV-不透明層圖案化，因此間隔材料已與掩模的UV-不透明部對(duì)齊，從而精確限定掩模中的UV-透明孔?？梢赃x擇光致抗蝕劑材料以限制UV射線(xiàn)，并可以抑制光產(chǎn)生的反應(yīng)性物質(zhì)的遷移。還可以用作間隔材料的光致抗蝕劑的具體例子是SU-8系列的光致抗蝕劑，其允許形成1μm或更小至200μm或更大特征的圖案。
間隔材料的厚度可以變化。在光致抗蝕劑材料作為間隔材料的例子中，通過(guò)控制在UV-不透明層上沉積的光致抗蝕劑的初始厚度，可以在圖案化處理開(kāi)始時(shí)控制厚度。優(yōu)選地，間隔材料足夠厚，以允許足量氧在彈性體和掩模的UV-透明部之間的間隙區(qū)域中。優(yōu)選地，間隔材料厚度至少100納米，更優(yōu)選至少0.5微米，再更優(yōu)選至少3微米。
選擇性活化含硅彈性體可用于在基底上沉積彈性體的圖案。通過(guò)使活化的表面和基底接觸，并使表面和基底結(jié)合到一起，可以使含硅彈性體的活化表面與基底材料的表面不可逆地連接。適合的基底包括但不限于硅；陶瓷材料，如氧化硅、石英和玻璃；聚合物，如聚苯乙烯和含硅彈性體，包括PDMS；以及金屬，如鈦、鉻、鎢和金。優(yōu)選地，在環(huán)境溫度下用UVO處理含硅彈性體的表面適當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間，然后立即與已經(jīng)最近清洗過(guò)的基底接觸。
彈性體和基底保持接觸，以允許形成不可逆的結(jié)合。接觸的彈性體和基底可以進(jìn)行加熱和/或補(bǔ)充的紫外線(xiàn)照射，以輔助形成結(jié)合。例如，在使UVO處理的PDMS與硅基底接觸之后，通過(guò)在環(huán)境溫度下保持接觸約16小時(shí)，通過(guò)在70℃下保持材料至少20分鐘，或通過(guò)用UV射線(xiàn)照射PDMS至少30分鐘，可以獲得不可逆的結(jié)合。使未氧化的含硅彈性體僅接觸熱量、臭氧或UV射線(xiàn)中的一種通常不能提供與基底的不可逆的結(jié)合。
含硅彈性體的UVO-活化表面和基底表面之間的初始接觸通常不能導(dǎo)致不可逆的結(jié)合。這種現(xiàn)象允許使彈性體和基底精確定位。因此，彈性體和/或基底中的任何圖案可以在形成不可逆的結(jié)合之前對(duì)齊或配準(zhǔn)。還優(yōu)選使用光學(xué)透明的含硅彈性體(如PDMS)，因?yàn)榭梢允褂霉鈱W(xué)觀(guān)測(cè)來(lái)進(jìn)行膜和圖案的對(duì)齊或配準(zhǔn)。
還優(yōu)選的是在使基底與UVO-活化的含硅彈性體接觸之前清洗基底表面?？梢杂贸Ｒ?guī)方法清洗基底。例如，可以用溶劑如己烷和乙醇漂洗硅或氧化硅基底，并在惰性氣體如氮?dú)庵懈稍?。在另一個(gè)例子中，用試劑如piranha(硫酸和過(guò)氧化氫)漂洗玻璃和石英。可以通過(guò)接觸UVO、接觸等離子體如氬等離子體或其他等離子體或者通過(guò)其他化學(xué)處理清洗和/或活化基底。還優(yōu)選的是就在使基底表面與活化的彈性體接觸之前用UVO處理基底表面。通過(guò)使彈性體表面和基底表面接觸同一UVO可以方便地進(jìn)行基底處理。對(duì)于金屬基底如金而言，可以將結(jié)合促進(jìn)劑如硫醇化合物涂布到金屬表面和/或彈性體表面上。硫醇化合物的例子包括硫醇-硅烷化合物如(硫醇丙基)-三甲氧基硅烷。
參照?qǐng)D1，選擇性活化含硅彈性體可用于在基底上沉積部分預(yù)形成的彈性體圖案。這種方法被稱(chēng)作“光刻內(nèi)聚機(jī)械破壞”(P-CMF)，使用圖案化的印章160來(lái)提供含硅彈性體的基本圖案。然后通過(guò)選擇性活化印章中圖案的隆起部分進(jìn)一步限定這種基本圖案。使圖案化的印章160與UVO光掩模100的圖案化側(cè)接觸，然后使用UV源通過(guò)掩模照射。在UV照射之后，從UVO光掩模剝離印章，使印章的圖案化面立即與基底材料180接觸。優(yōu)選地，照射結(jié)束和與基底接觸之間的時(shí)間小于1分鐘。在保持接觸的同時(shí)，使印章和基底經(jīng)歷在彈性體和基底之間形成不可逆結(jié)合所必須的條件。從任一角落開(kāi)始，使用鑷子剝離印章，在基底上留下圖案化的膜190。
參照?qǐng)D2，選擇性活化含硅彈性體可用于在基底上沉積部分未圖案化的彈性體。這種方法被稱(chēng)作“直接刻蝕”，使用彈性體250的平面空白，使得所有圖案化均是選擇性活化過(guò)程的結(jié)果。使彈性體空白與UVO光掩模100的圖案化側(cè)接觸，然后使用UV源通過(guò)掩模照射。在UV照射之后，從UVO光掩模剝離彈性體，使空白的被照射表面立即與基底材料280接觸。優(yōu)選地，照射結(jié)束和與基底接觸之間的時(shí)間小于1分鐘。在保持接觸的同時(shí)，使彈性體和基底經(jīng)歷在彈性體和基底之間形成不可逆結(jié)合所必須的條件。從任一角落開(kāi)始，使用鑷子剝離彈性體，在基底上留下圖案化的膜290。
這些P-CMF和直接刻蝕法的彈性體圖案轉(zhuǎn)印包括化學(xué)活化的粘合劑結(jié)合和內(nèi)聚材料破壞方法的貢獻(xiàn)。從基底剝離的圖案化彈性體的屈服強(qiáng)度可能受總彈性體接觸面積和特征尺寸的影響。因此，基于內(nèi)聚破壞的圖案化方法特別適用于在相對(duì)大面積上轉(zhuǎn)印小特征尺寸(100μm或更小)的圖案。這種方法的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，這種轉(zhuǎn)印圖案的方式允許配準(zhǔn)多個(gè)圖案，并可以在大面積上形成微米級(jí)圖案。隨著特征尺寸接近1微米水平，彈性體內(nèi)聚破壞的跡線(xiàn)逐漸接近特征表面的跡線(xiàn)。作為具體例子，基于1μm特征高度的母模，對(duì)于1.0μm最小特征尺寸，可以得到厚度10-100nm的圖案轉(zhuǎn)印。對(duì)于這些小特征尺寸而言，去除大塊彈性體也傾向于需要更小的力。
直接刻蝕法特別用于形成亞微米級(jí)的圖案。盡管在這些尺寸下，彈性體和掩模之間形成的間隙極小(納升級(jí))，但是存在足量氧以提供有效的UVO活化。亞微米圖案化結(jié)構(gòu)的例子示于圖8A和圖8B的原子力顯微鏡(AFM)圖像中。所示的線(xiàn)圖案含有寬度和間隔約300nm的線(xiàn)。
P-CMF方法特別用于形成圖案陣列。如果掩模圖案的最小尺寸大于初始彈性體印章中圖案的最小尺寸，那么印章中的圖案子集可被轉(zhuǎn)印到基底上。圓柱形圖案陣列的例子示于圖5A的光學(xué)顯微照片中。線(xiàn)圖案陣列的例子示于圖6A和圖6C的光學(xué)顯微照片中。圖6D中示出了這種線(xiàn)圖案被轉(zhuǎn)印成金線(xiàn)圖案的圖。
印花轉(zhuǎn)印方法允許沉積明顯特征尺寸范圍的精確設(shè)計(jì)的聚合物薄膜。這些圖案中的最小特征尺寸可以小于100微米。優(yōu)選地，最小特征尺寸為1納米～100微米，更優(yōu)選10納米～10微米。在一個(gè)例子中，最小特征尺寸小于1微米。
選擇性活化含硅彈性體可用于形成另一種材料的圖案。例如，可以將蝕刻劑涂布到基底上，從而去除未與圖案化的彈性體連接的基底部分。隨后去除彈性體，可以在基底中提供圖案。在另一個(gè)例子中，可以將單獨(dú)材料沉積在基底和圖案化的彈性體上。隨后去除彈性體，可以提供沉積材料的圖案。除了這些刻蝕技術(shù)之外，通過(guò)使含硅彈性體的活化表面與各化合物、各散體材料或內(nèi)聚力弱于彈性體的單片材料連接，可以使其他材料圖案化。
參照?qǐng)D3，選擇性活化含硅彈性體可用于從另一個(gè)基底去除部分散體材料。盡管示出的是彈性體的平面空白350，但是還可以使用圖案化的印章。使彈性體與UVO光掩模100的圖案化側(cè)接觸，然后使用UV源通過(guò)掩模照射。在UV照射之后，從UVO光掩模剝離彈性體，使空白的被照射表面立即與基底380上的散體材料370層接觸。在保持接觸的同時(shí)，彈性體、散體材料和基底經(jīng)歷在彈性體和散體材料之間形成不可逆結(jié)合所必須的條件。然后從基底上升高彈性體，以在表面上提供具有散體材料圖案390的基底。這種方法還在含硅彈性體上提供散體材料的圖案360。
散體材料可以是各種形式。例如，散體材料可以含有諸如硅等材料的粉末、顆粒、小片、納米管、纖維或線(xiàn)；陶瓷材料，如氧化硅、石英和玻璃；聚合物，如聚苯乙烯和含硅彈性體，包括PDMS；以及金屬，如鈦、鉻、鎢和金。
參照?qǐng)D4，選擇性活化含硅彈性體可用于在含硅彈性體的表面上形成化合物的圖案。此外，可以使用彈性體的平面空白450或圖案化的印章。使彈性體與UVO光掩模100的圖案化側(cè)接觸，然后使用UV源通過(guò)掩模照射。在UV照射之后，從UVO光掩模剝離彈性體，使空白的被照射表面立即與純化合物或液體載體中的化合物接觸。在一些情況下，化合物將快速吸附到彈性體的活化部分上。在其他情況下，彈性體和化合物必須進(jìn)行后處理以在圖案490中保持化合物?？梢栽诤鑿椥泽w的活化表面上吸附的化合物例子包括醇、含羰基化合物和具有一個(gè)或多個(gè)硅-鹵素鍵的化合物。
實(shí)施例從DOW CORNING(Midland，MI)以SYLGARD 184得到聚二甲基硅氧烷(PDMS)前體。從SILICON SENSE，INC.(Nashua，NH)得到摻硼的硅晶片(<100>)。從CHEMGLASS，INC.(Vineland，NJ)得到石英載片。從GELEST(Morrisville，PA)得到(十三氟-1，1，2，2-四氫辛基)三氯硅烷(TFOTS)。從ALDRICH(Milwaukee，WI)得到四丁基氟化銨(TBAF，四氫呋喃中1摩爾)、(巰基丙基)三甲氧基硅烷(MPTMS)和2，2，2-三氟乙醇。從ASHLAND(Dublin，OH)得到緩沖的氫氟酸(6∶1，NH4F/HF)。從TRANSENE(Danvers，MA)以TFA得到金蝕刻劑。從FISHER(Springfield，NJ)得到硫酸、氫氟酸(49％)和過(guò)氧化氫(30％)。從Fisher和Aldrich得到溶劑。
通過(guò)在環(huán)境氣氛中，將硅晶片加熱到約800℃幾小時(shí)，使氧化硅在硅晶片上生長(zhǎng)，得到～2500厚的氧化物層。按Deng等人，Anal.Chem.733176-3180(2000)和Deng等人，Langmuir 156575-6581(1999)所述，制造母模。使用5080dpi透明度作為曝光掩模，通過(guò)使AZ 5214(CLARIANT，Sommerville，NJ)或SU-8 5(MICROCHEM，Newton，MA)光致抗蝕劑圖案化，利用接觸光刻制造母模圖案。使用UVO處理清洗用作模具的所有光致抗蝕劑母模，并在約～150mTorr的密閉容器中用TFOTS(作為脫模劑)處理2小時(shí)。處理樣品中所用的溶劑是分析級(jí)或更高級(jí)的，并且使用時(shí)未純化。
UVO處理用的UV源是低壓汞燈(BHK，Claremont，CA)或氘燈(Hamamatsu D101BS)。使用MIMIR光學(xué)功率儀型號(hào)100，對(duì)于每一燈泡，測(cè)量230-250nm的強(qiáng)度，在距汞燈泡3cm時(shí)為100μW/cm2，在距氘燈泡1cm時(shí)為530μW/cm2。03V5-5臭氧產(chǎn)生器(OREC，Akron，OH)用作UV無(wú)關(guān)的臭氧源。
使用帶有PANASONIC GP-KR222數(shù)碼彩色照相機(jī)(PANASONICUSA，Seacaucus，NJ)的OLYMPUS BH-2光學(xué)顯微鏡(OLYMPUSAMERICA，Melville，NY)記錄光學(xué)顯微照片。使用SLOAN DEKTAK3ST(VEECO INSTRUMENTS，Histon，Cambs，United Kingdom)，通過(guò)表面輪廓測(cè)量法測(cè)定表面特征高度和膜厚度。使用Dimension 3100(VEECO)進(jìn)行原子力顯微鏡(AFM)法，并使用制造商的V5.12r2軟件處理圖像。使用未改性的硅尖，按敲擊模式以2Hz或更小的硅尖速度記錄面積掃描。
實(shí)施例1-掩模制造在piranha溶液(3∶1 H2SO4∶過(guò)氧化氫30％)中清洗石英載片10min，用去離子水洗滌，并用氮?dú)飧稍铩Ｊ褂肨EMESCAL FC-1800電子束蒸發(fā)儀(BOC EDWARDS，Wilmington，MA)，通過(guò)蒸發(fā)將30厚鈦層和1000厚金膜沉積在石英載片表面上。沉積的金屬層形成尺寸45微米×55微米的矩形空腔方形平面陣列圖案。通過(guò)使用SU8-5光致抗蝕劑進(jìn)行接觸光刻實(shí)現(xiàn)這種圖案形成。在氧等離子體中清洗圖案化的石英載片15s，在TFA金蝕刻劑的稀(4∶1)溶液中蝕刻露出的金面積，并用1％HF溶液蝕刻露出的鈦層。保留光致抗蝕劑的未剝離層作為最終掩模的一部分，從而提供SU8-5抗蝕劑的間隔材料，間距1?？刮g劑層具有均勻厚度，為17μm。
實(shí)施例2-使用光刻內(nèi)聚機(jī)械破壞(P-CMF)的圖案化根據(jù)DOW CORNING在SYLGARD 184kit中的推薦，通過(guò)混合10∶1比例的低聚物和引發(fā)劑制造模制的PDMS印章。推薦的過(guò)程作如下改進(jìn)使用真空爐在室溫下減壓(50torr)幾分鐘，去除夾帶的氣泡。將預(yù)聚物混合物澆鑄在母模上，等待10min后，使混合物變平，然后混合物在70℃下固化2小時(shí)。然后從母模中取出圖案化的PDMS彈性體，用乙醇洗滌，并用高純氮?dú)饬鞲稍铮峁㏄DMS印章。最終PDMS印章具有柱狀方形陣列圖案，直徑2μm，中心-中心間隔2.7μm。
使PDMS印章與實(shí)施例1的UVO光掩模的圖案化側(cè)接觸，并使用氘燈通過(guò)掩模照射4分鐘。去除掩模，使PDMS圖案與玻璃基底接觸，并加熱到70℃達(dá)20分鐘。然后使用鑷子通過(guò)從某一角落剝離印章，從玻璃基底去除PDMS印章。
圖5A是得到的微結(jié)構(gòu)(一種與掩模的UV-透明部具有相同圖案的PDMS柱陣列)的光學(xué)顯微照片。圖5A的插圖是在相同放大倍率時(shí)掩模中UV-透明孔的圖像。PDMS柱區(qū)域的尺寸和間隔與掩模中的45×55微米孔匹配，其中邊緣分辨率低于PDMS柱的2.0微米象素尺寸。圖5B是穿過(guò)柱區(qū)域的原子力顯微鏡(AFM)線(xiàn)掃描，表明基本上所有柱的峰值高度均約800nm。
實(shí)施例3-P-CMF圖案作為抗蝕劑的用途按實(shí)施例2所述形成PDMS印章，除了未斷開(kāi)的線(xiàn)圖案2μm寬、間隔2μm。使印章與實(shí)施例1的UVO光掩模的圖案化側(cè)接觸，并使用氘燈通過(guò)掩模照射4分鐘。去除掩模，使PDMS圖案與金厚度100nm的MPTMS硅烷化的金表面接觸，并加熱到70℃達(dá)20分鐘。然后使用鑷子通過(guò)從某一角落剝離印章，從基底去除PDMS印章。圖6A和圖6C是得到的微結(jié)構(gòu)的光學(xué)顯微照片，其中金表面上的每一圓形區(qū)域(45×55微米)包括PDMS的2μm寬的線(xiàn)圖案。圖6B的AFM線(xiàn)掃描測(cè)得PDMS線(xiàn)高度約1.6μm。
通過(guò)濕法蝕刻露出的金層和下面的鈦層，將PDMS圖案轉(zhuǎn)印到金膜中。剝離PDMS抗蝕劑提供圖6D的光學(xué)顯微照片所示的金線(xiàn)圖案。金線(xiàn)2μm寬，間距1。這些線(xiàn)排列在不連續(xù)區(qū)域內(nèi)，與圖6A和圖6C的PDMS圖案匹配。
實(shí)施例4-使用直接刻蝕的圖案化通過(guò)在Petri培養(yǎng)皿中澆鑄厚度3mm的Sylgard 184，形成平坦、未圖案化的PDMS片，然后在70℃下固化預(yù)聚物最少2小時(shí)。從該片上切下近似尺寸2cm×3cm的PDMS空白，用乙醇洗滌，并用氮?dú)飧稍铩０磳?shí)施例1制造UVO光掩模，除了金屬層形成4μm間隔的4μm寬的線(xiàn)圖案。通過(guò)使用均勻厚度450nm的Shipley 1805抗蝕劑進(jìn)行光刻實(shí)現(xiàn)這種圖案化。
使平面PDMS空白與UVO光掩模的圖案化側(cè)接觸，并使用氘燈通過(guò)掩模照射6分鐘。去除掩模，使PDMS空白與玻璃基底接觸，并加熱到70℃達(dá)20分鐘。使用鑷子通過(guò)從某一角落拖拉空白，從玻璃基底去除PDMS。
圖7A是得到的微結(jié)構(gòu)的AFM圖像，圖7B中是相應(yīng)的AFM線(xiàn)掃描。這種微結(jié)構(gòu)是PDMS線(xiàn)4μm寬、約700nm高、間隔4μm的錐形圖案。圖7C和圖7D是從玻璃基底去除PDMS后，PDMS的AFM圖像和相應(yīng)的AFM線(xiàn)掃描。PDMS空白具有與微結(jié)構(gòu)相對(duì)的圖案，溝道約800nm深，開(kāi)口4μm寬，間隔4μm。
實(shí)施例5-使用直接刻蝕的亞微米圖案化按實(shí)施例4所述在玻璃基底上形成PDMS微結(jié)構(gòu)，但使用不同的UVO光掩模。按實(shí)施例4制造UVO光掩模，除了金屬層形成300nm間隔的300nm寬的線(xiàn)圖案。圖8A是得到的微結(jié)構(gòu)的AFM圖像，圖8B中是相應(yīng)的AFM線(xiàn)掃描。這種微結(jié)構(gòu)是PDMS線(xiàn)約250nm寬、間隔350nm和高度可變的錐形圖案。
實(shí)施例6-直接刻蝕圖案作為抗蝕劑的用途按實(shí)施例4制造UVO光掩模，除了金屬層形成10μm間隔的4μm寬的線(xiàn)圖案。使平面PDMS空白與UVO光掩模接觸，并使用氘燈通過(guò)掩模照射6分鐘。然后使空白與金厚度100nm的MPTMS硅烷化的金表面接觸，并加熱到70℃達(dá)20分鐘。使用鑷子通過(guò)從某一角落剝離空白，從基底去除PDMS。圖9A是得到的微結(jié)構(gòu)的光學(xué)顯微照片，其PDMS線(xiàn)4.1μm寬，峰值高度698nm。圖9A的插圖是該微結(jié)構(gòu)內(nèi)單PDMS線(xiàn)的AFM圖像。
通過(guò)濕法蝕刻露出的金層和下面的鈦層，將PDMS圖案轉(zhuǎn)印到金膜中。剝離PDMS抗蝕劑提供圖9B的光學(xué)顯微照片所示的金線(xiàn)圖案。
實(shí)施例7-直接刻蝕用于3-維圖案化的用途按實(shí)施例4制造UVO光掩模，除了金屬層形成3μm間隔的3μm寬的線(xiàn)圖案。使平面PDMS空白與UVO光掩模接觸，并使用氘燈通過(guò)掩模照射30分鐘。然后使空白與玻璃基底接觸，并加熱到70℃達(dá)20分鐘。使用鑷子通過(guò)從某一角落剝離空白，從基底去除PDMS。
使第二平面PDMS空白與同一UVO光掩模接觸，并使用氘燈通過(guò)掩模照射15分鐘。玻璃基底上的PDMS圖案也經(jīng)歷UVO達(dá)15分鐘，但沒(méi)有干預(yù)掩模。使第二處理的空白與具有PDMS圖案的玻璃基底接觸；然而，第二空白被取向成使得第二空白表面上的活化線(xiàn)與玻璃表面上的PDMS線(xiàn)垂直。整個(gè)組件加熱到140℃達(dá)40分鐘，使用鑷子通過(guò)從某一角落剝離空白，去除第二PDMS空白。圖10A是得到的微結(jié)構(gòu)的光學(xué)顯微照片，垂直組PDMS線(xiàn)約3μm寬。圖10B是這種微結(jié)構(gòu)的AFM圖像，表明在線(xiàn)的交叉處微結(jié)構(gòu)的雙倍高度。
實(shí)施例8-直接刻蝕用于散體材料圖案化的用途按實(shí)施例4制造UVO光掩模，除了金屬層形成100μm間隔的100μm×100μm正方形圖案。絕緣體上的硅晶片(SOI，Janus)被圖案化，在二氧化硅層上形成約10μm×3μm的硅結(jié)構(gòu)矩形陣列圖案。
使平面PDMS空白與UVO光掩模接觸，并使用距空白約3厘米的汞燈通過(guò)掩模照射6分鐘。在照射過(guò)程中，圖案化的SOI晶片在攪拌的49％HF溶液中蝕刻1分鐘35秒，底切出硅結(jié)構(gòu)并形成尺寸約10μm×3μm的單晶硅線(xiàn)。從HF溶液取出后，用水漂洗SOI晶片，用氮?dú)庵饾u吹干。在6分鐘UVO接觸結(jié)束之前，蝕刻步驟被定時(shí)為45秒結(jié)束。時(shí)間足以漂洗、干燥樣品和將樣品移進(jìn)接觸步驟的位置。
然后使空白與SOI晶片的圖案化面接觸，并在爐中加熱到70℃達(dá)30分鐘。從爐中取出組件，并使SOI側(cè)向下置于設(shè)置在300℃的熱板上20秒。然后將組件浸在液氮中10秒。在使組件升至室溫幾秒之后，PDMS足夠柔韌，使用鑷子通過(guò)從某一角落剝離空白，從基底去除PDMS。
圖11A和圖11B是通過(guò)直接刻蝕圖案化之后SOI晶片的光學(xué)顯微照片。100μm×100μm正方形相應(yīng)于沒(méi)有任何硅線(xiàn)的區(qū)域。圖11C和圖11D是PDMS空白的光學(xué)顯微照片，包括含有單晶硅線(xiàn)陣列的100μm×100μm正方形圖案。
上述詳細(xì)說(shuō)明意圖被認(rèn)為是說(shuō)明性的而不是限制性的，但是應(yīng)該理解，所附權(quán)利要求，包括所有等同物，都在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種制造微結(jié)構(gòu)的方法，包括選擇性活化含硅彈性體的部分表面；使所述活化部分與物質(zhì)接觸；以及使所述活化部分與物質(zhì)結(jié)合，使得所述活化部分和與所述活化部分接觸的物質(zhì)不可逆地連接。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述選擇性活化包括部分地覆蓋所述表面，以提供所述表面的被保護(hù)部分和所述表面的未被保護(hù)部分；以及對(duì)所述未被保護(hù)部分進(jìn)行活化處理。
3.如前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的方法，其中所述部分地覆蓋所述表面包括在所述表面的被保護(hù)部分上形成硬質(zhì)掩模。
4.如前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的方法，其中所述部分地覆蓋所述表面包括在所述含硅彈性體的表面上配置掩模。
5.如前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的方法，其中所述進(jìn)行活化處理包括用UV射線(xiàn)照射所述未被保護(hù)部分。
6.如前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的方法，其中所述部分地覆蓋所述表面包括在所述含硅彈性體的表面上配置掩模；所述掩模包括UV-不透明部和UV-透明部的圖案并包括在所述UV-不透明部下的間隔材料；以及所述表面的未被保護(hù)部分在所述UV-透明部之下并與其分開(kāi)。
7.如前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的方法，其中在照射中至少所述未被保護(hù)部分與富含分子氧的氣氛接觸。
8.如前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的方法，其中在照射中至少所述未被保護(hù)部分與富含臭氧的氣氛接觸。
9.如前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的方法，其中所述結(jié)合包括加熱所述含硅彈性體和所述物質(zhì)。
10.如前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的方法，其中所述含硅彈性體的表面是平面的。
11.如前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的方法，其中所述含硅彈性體的表面包括隆起區(qū)和下降區(qū)的圖案。
12.如前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的方法，其中所述物質(zhì)是基底；還包括使所述含硅彈性體與所述基底分離。
13.如前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的方法，其中所述基底和所述表面的活化部分保持接觸。
14.如前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的方法，其中所述含硅彈性體和與所述表面的活化部分接觸的所述基底部分保持接觸。
15.如前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的方法，其中所述物質(zhì)是散體材料；還包括從所述表面去除未結(jié)合的散體材料，使得所述含硅彈性體和與所述表面的活化部分接觸的散體材料保持連接。
16.如前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的方法，其中所述散體材料在基底上，以及所述去除包括使所述含硅彈性體與所述基底分離。
17.如前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的方法，其中所述物質(zhì)是化合物；還包括漂洗所述含硅彈性體，使得所述含硅彈性體和與所述表面的活化部分接觸的化合物保持連接。
18.一種制造微結(jié)構(gòu)的方法，包括在含硅彈性體的未圖案化表面上配置掩模；所述掩模包括UV-不透明部和UV-透明部的圖案并包括在所述UV-不透明部下的間隔材料；所述表面包括在所述UV-透明部之下并與其分開(kāi)的露出部分；用UV射線(xiàn)照射所述未圖案化表面的露出部分；從所述表面去除所述掩模；使所述表面與基底接觸；以及使所述含硅彈性體與所述基底分離，使得所述基底和所述表面的露出部分保持接觸。
19.如前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的方法，其中所述分離包括在所述含硅彈性體內(nèi)誘導(dǎo)內(nèi)聚破壞。
20.如前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的方法，其中在分離之后，含硅彈性體層與所述表面的露出部分保持連接。
21.如前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的方法，還包括通過(guò)調(diào)節(jié)照射時(shí)間來(lái)控制所述層的厚度。
22.如前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的方法，其中在分離之后，在所述基底上所述表面的露出部分的最小特征尺寸小于1微米。
23.如前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的方法，其中所述含硅彈性體包括選自聚硅氧烷；含有聚硅氧烷鏈段的嵌段共聚物；以及硅改性的彈性體的成員。
24.如前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的方法，其中所述基底包括選自硅、氧化硅、石英、玻璃、聚合物和金屬的成員。
25.如前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的方法，還包括在分離之后，將蝕刻劑涂布到所述基底上，以去除未與所述表面的露出部分接觸的基底部分；以及從所述基底去除所述含硅彈性體。
26.如前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的方法，還包括在分離之后，在所述基底上沉積材料；以及從所述基底去除所述含硅彈性體，以提供所述沉積材料的圖案。
27.如前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的方法，其中所述基底是非平面的。
28.一種制造微結(jié)構(gòu)的方法，包括在包括隆起區(qū)和下降區(qū)的圖案的含硅彈性體表面上配置掩模；所述掩模包括UV-不透明部和UV-透明部的圖案并包括在所述UV-不透明部下的間隔材料；所述表面包括在所述UV-透明部之下并與其分開(kāi)的隆起區(qū)的露出部分；用UV射線(xiàn)照射所述隆起區(qū)的露出部分；從所述表面去除所述掩模；使所述隆起區(qū)與基底接觸；以及使所述含硅彈性體與所述基底分離，使得所述基底和所述隆起區(qū)的露出部分保持接觸。
29.如前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的方法，還包括形成所述包括隆起區(qū)和下降區(qū)的圖案的含硅彈性體。
30.如前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的方法，其中所述分離包括在所述含硅彈性體內(nèi)誘導(dǎo)內(nèi)聚破壞。
31.如前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的方法，其中在分離之后，在所述下降區(qū)之上的所述含硅彈性體部分與所述隆起區(qū)的露出部分保持連接。
32.如前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的方法，其中所述隆起區(qū)和下降區(qū)的圖案配置成陣列。
33.如前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的方法，其中所述含硅彈性體包括選自聚硅氧烷；含有聚硅氧烷鏈段的嵌段共聚物；以及硅改性的彈性體的成員。
34.如前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的方法，其中所述基底包括選自硅、氧化硅、石英、玻璃、聚合物和金屬的成員。
35.如前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的方法，還包括在分離之后，將蝕刻劑涂布到所述基底上，以去除未與所述隆起區(qū)的露出部分接觸的基底部分；以及從所述基底去除所述含硅彈性體。
36.如前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的方法，還包括在分離之后，在所述基底上沉積材料；以及從所述基底去除所述含硅彈性體，以提供所述沉積材料的圖案。
37.如前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的方法，其中所述基底是非平面的。
38.一種制造微結(jié)構(gòu)的方法，包括在含硅彈性體的表面上配置掩模；所述掩模包括UV-不透明部和UV-透明部的圖案并包括在所述UV-不透明部下的間隔材料；所述表面包括在所述UV-透明部之下并與其分開(kāi)的露出部分；用UV射線(xiàn)照射所述露出部分；從所述表面去除所述掩模；使所述表面與散體材料接觸；以及從所述表面去除未結(jié)合的散體材料，使得所述露出部分和與所述露出部分接觸的散體材料保持連接。
39.如前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的方法，其中所述散體材料選自粉末、顆粒、小片、納米管、纖維和線(xiàn)。
40.如前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的方法，其中所述散體材料包括選自硅、陶瓷材料、聚合物和金屬的材料。
41.如前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的方法，其中所述散體材料包括硅線(xiàn)。
42.如前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的方法，其中在接觸之前，所述散體材料在基底上，所述去除包括使所述含硅彈性體與所述基底分離。
43.如前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的方法，其中在分離之后，所述基底包括相應(yīng)于所述掩模的UV-不透明部圖案的所述散體材料的圖案。
44.如前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的方法，其中所述基底包括選自硅、氧化硅、石英、玻璃、聚合物和金屬的成員。
45.如前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的方法，其中所述含硅彈性體包括選自聚硅氧烷；含有聚硅氧烷鏈段的嵌段共聚物；以及硅改性的彈性體的成員。
46.一種制造微結(jié)構(gòu)的方法，包括在含硅彈性體的表面上配置掩模；所述掩模包括UV-不透明部和UV-透明部的圖案并包括在所述UV-不透明部下的間隔材料；所述表面包括在所述UV-透明部之下并與其分開(kāi)的露出部分；用UV射線(xiàn)照射所述露出部分；從所述表面去除所述掩模；使所述表面與化合物接觸；以及漂洗所述含硅彈性體，使得所述含硅彈性體和與所述表面的活化部分接觸的化合物保持連接。
47.如前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的方法，其中所述接觸包括使所述表面與所述化合物和液體載體的混合物接觸。
48.如前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的方法，其中所述化合物選自醇、含羰基化合物和具有一個(gè)或多個(gè)硅-鹵素鍵的化合物。
49.如前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的方法，其中所述含硅彈性體包括選自聚硅氧烷；含有聚硅氧烷鏈段的嵌段共聚物；以及硅改性的彈性體的成員。
50.一種選擇性活化表面的方法，包括在含硅彈性體的表面上配置掩模；所述掩模包括UV-不透明部和UV-透明部的圖案并包括在所述UV-不透明部下的間隔材料；所述表面包括在所述UV-透明部之下并與其分開(kāi)的露出部分；以及用UV射線(xiàn)照射所述表面的露出部分。
51.如前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的方法，還包括在照射中使所述露出部分與富含分子氧的氣氛接觸。
52.如前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的方法，還包括在照射中使所述露出部分與富含臭氧的氣氛接觸。
53.如前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的方法，其中所述照射包括用氘燈的UV射線(xiàn)照射。
54.如前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的方法，其中所述照射包括用汞燈的UV射線(xiàn)照射。
55.如前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的方法，其中所述間隔材料其厚度至少100納米。
56.如前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的方法，其中所述間隔材料其厚度至少0.5微米。
57.如前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的方法，其中所述間隔材料其厚度至少3微米。
58.如權(quán)利要求50所述的方法，其中所述間隔材料包括光致抗蝕劑。
59.如前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的方法，其中所述含硅彈性體包括選自聚硅氧烷；含有聚硅氧烷鏈段的嵌段共聚物；以及硅改性的彈性體的成員。
60.如前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的方法，其中所述含硅彈性體包括聚硅氧烷。
61.如前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的方法，其中所述含硅彈性體包括聚(二甲基硅氧烷)。
全文摘要
一種制造微結(jié)構(gòu)的方法，包括選擇性活化含硅彈性體的部分表面，使該活化部分與物質(zhì)接觸，以及使該活化部分與物質(zhì)結(jié)合，使得該表面的活化部分和與該活化部分接觸的物質(zhì)不可逆地連接。通過(guò)在該含硅彈性體的表面上配置掩模以及用UV射線(xiàn)照射該露出部分可以實(shí)現(xiàn)這種選擇性活化。
文檔編號(hào)G03F7/00GK101061432SQ200580039211
公開(kāi)日2007年10月24日 申請(qǐng)日期2005年10月14日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月14日
發(fā)明者拉爾夫·G·努若, 威廉·R·蔡爾茲, 邁克爾·J·莫特拉, 李健在 申請(qǐng)人:伊利諾斯大學(xué)理事會(huì)