專(zhuān)利名稱(chēng)：：彈性體的連續(xù)收縮——一種產(chǎn)生微米和納米結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)單微型化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本申請(qǐng)涉及一種在微米或納米級(jí)中材料和成分形成圖案的方法，具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種實(shí)現(xiàn)圖案微型化的同時(shí)增加圖案密度的方法。
背景技術(shù)：
：微米或者納米級(jí)的形成圖案(patterning)的材料在許多科學(xué)和
技術(shù)領(lǐng)域：
里都是所希望的，例如在光學(xué)領(lǐng)域里用于波長(zhǎng)可調(diào)激光器的光柵(Lawreneetal.，2003)，在電子學(xué)領(lǐng)域內(nèi)的窄柵寬晶體管(Arias,etal.2004)，以及便攜式生物傳感器(Suetal,2003)。這些方面的應(yīng)用要求不僅包括有源元件的小尺寸，而且還包括有助于產(chǎn)量估計(jì)和增加設(shè)備效率的大圖案密度。以減少的尺寸在指定的位置將多成分形成圖案常常遇見(jiàn)困難。微圖案通常需要多個(gè)印章和配準(zhǔn)步驟或者三維印章結(jié)構(gòu)的精密設(shè)計(jì)，以讓那些化學(xué)制劑流體流動(dòng)到指定的位置(Tienetal.,2002)。多成分圖案的應(yīng)用包括非二進(jìn)制光學(xué)顯示(non-binaryopticaldisplays)和微分離器件。當(dāng)需要納米尺寸部件時(shí)，上述制造方法預(yù)期會(huì)極端復(fù)雜。在照相平板印刷技術(shù)(photolithography)中，通過(guò)連續(xù)地照射穿過(guò)不同位置的掩模的光敏試劑來(lái)制造生物探針的微陣列(Fodoretal.1991，Kaneeta1.,1999，andBuesaetal.,2004)。盡管照相平板印刷技術(shù)用實(shí)例證明有潛力去不斷地打破分辨率極限(Levensonetal.,1993)，但儀器的高成本和各種原料的集成困難限制了它的廣泛應(yīng)用。掃描探針光刻技術(shù)(Xuetal.,1999,Liuetal.，2000,Pineretal.1999)在制造和表征納米結(jié)構(gòu)方面能夠提供高空間精度；然而，這個(gè)方法有著低生產(chǎn)量的缺陷。下一代光刻技術(shù)例如軟光刻技術(shù)(Wilburetal.,1994，Kumaretal"1995,Xiaetal"1998，Kaneetal"1999)和壓印技術(shù)(Chouetal.,1996Baileyetal.2002)通常具有同樣的特點(diǎn)低成本和高分辨率。然而，這些方法也和制造圖案的1X技術(shù)一樣有名，制造的圖案是鑄造模具專(zhuān)門(mén)的負(fù)像和正像復(fù)制，因而圖案尺寸和密度都是不可調(diào)節(jié)的。微光刻技術(shù)已經(jīng)達(dá)到成熟的水平，因此多成分和復(fù)雜的微觀結(jié)構(gòu)能被高產(chǎn)量地制造?？蛇x地，光刻技術(shù)例如軟光刻技術(shù)(Chiuetal，2000etal.,2000,Wilburetal"1994,Kumaretal"1995,Xiaetal"1998,Tienetal"2002andChenetal"2003)和寫(xiě)(writing)技術(shù)(Hongetal"1999,Xuetal"2000Sirringhausetal"2000,Liuetal"2000,andBullenetal.,2004)已經(jīng)在包括不平滑表面的多種材料上制造出分層的微結(jié)構(gòu)。由于在步驟之間掩模制造和校準(zhǔn)的精度要求，進(jìn)一步微型化是無(wú)意義的。雖然微細(xì)加工相對(duì)地建立起來(lái)，但生產(chǎn)高密度的多成分微米和納米結(jié)構(gòu)現(xiàn)在仍然很難。這種工藝經(jīng)常需要連續(xù)地運(yùn)用微米和納米光刻技術(shù)，以及在微型化期間各成分的精確校準(zhǔn)逐漸地變得更具有挑戰(zhàn)性(Fodoretal"1991，Hongetal"1999,Chiuetal"2000,Suetal.2003，Zauggetal,2003)。因而需要簡(jiǎn)單的、成本低的方法來(lái)微型化包括多成分和特征的微結(jié)構(gòu)
發(fā)明內(nèi)容在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，通過(guò)首先獲得拉伸的彈性體來(lái)制造微結(jié)構(gòu)或納米結(jié)構(gòu)。然后在拉伸的彈性體上制造圖案。拉伸的彈性體被允許松弛去轉(zhuǎn)換圖案，以制造微結(jié)構(gòu)或納米結(jié)構(gòu)。在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，通過(guò)首先獲得第一個(gè)拉伸彈性體和第二個(gè)拉伸彈性體來(lái)制造微結(jié)構(gòu)或納米結(jié)構(gòu)。在第一個(gè)拉伸的彈性體上制造圖案。第一個(gè)拉伸的彈性體允許松弛來(lái)轉(zhuǎn)換圖案，以制造第一個(gè)縮減尺寸的圖案。第一個(gè)縮減尺寸的圖案轉(zhuǎn)移到第二個(gè)拉伸的彈性體。第二個(gè)拉伸的彈性體被允許松弛去轉(zhuǎn)換第一個(gè)縮減尺寸的圖案，以來(lái)制造第二個(gè)縮減尺寸的圖案。在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，通過(guò)首先拉伸第一個(gè)彈性體制造第一個(gè)拉伸彈性體，來(lái)制造微結(jié)構(gòu)或納米結(jié)構(gòu)。在第一個(gè)拉伸的彈性體上制造圖案。第一個(gè)拉伸的彈性體被允許松弛去轉(zhuǎn)換圖案，以制造第一個(gè)縮減尺寸的圖案。拉伸第二個(gè)彈性體產(chǎn)生第二個(gè)拉伸的彈性體。第一個(gè)縮減尺寸的圖案轉(zhuǎn)移到第二個(gè)拉伸的彈性體上。第二個(gè)拉伸的彈性體被允許松弛，從而轉(zhuǎn)換第一個(gè)縮減尺寸的圖案到第二個(gè)拉伸的彈性體上，以制造第二個(gè)縮減尺寸的圖案。圖l說(shuō)明分步收縮和吸附納米光刻技術(shù)(SCAN)的氣球模擬，其中當(dāng)放氣時(shí)氣球上的單詞"SCAN"縮小。圖2說(shuō)明了SCAN工藝的圖解。圖3A說(shuō)明了具有在膠乳表面上涂有原始墨線的1維SCAN拉伸器件的照片。圖3B說(shuō)明了一個(gè)SCAN循環(huán)之后的墨線。圖3C說(shuō)明了第二個(gè)SCAN循環(huán)之后產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)。圖3D說(shuō)明了第三個(gè)SCAN循環(huán)之后產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)。圖4A說(shuō)明了具有300nm的線寬和1.2pim間距尺寸的原版的原子力顯微鏡(AFM)圖像，比例條-l^im。圖4B說(shuō)明了在一個(gè)SCAN循環(huán)之后微型化的結(jié)構(gòu)，具有30±6nm線寬和90+6nm間距尺寸，比例條^274nm。圖5A說(shuō)明了在一個(gè)SCAN循環(huán)之后產(chǎn)生的紅色(Xmax=640nm)和綠色(入max-543nm)熒光墨水的交替陣列的激光共聚焦熒光顯微照片，比例條二50(Him。圖5B說(shuō)明了在三個(gè)SCAN循環(huán)之后產(chǎn)生的紅色(Xmax=640nm)和綠色(Xmax=543)熒光墨水的交替陣列的激光共聚焦熒光顯微照片，比例條二234pm。圖5C說(shuō)明了在五個(gè)SCAN循環(huán)之后產(chǎn)生的紅色(Xmax=640nm)和綠色(Xmax=543)熒光墨水的交替陣列的激光共聚焦熒光顯微照片，比例條=34^1111。圖6顯示了通過(guò)SCAN產(chǎn)生的蛋白質(zhì)陣列的激光共焦熒光顯微照片，比例條二220^im。圖7顯示了通過(guò)SCAN產(chǎn)生的雙成分低聚核苷酸陣列的激光共焦熒光顯微照片，比例條二50(^m。圖8說(shuō)明了改進(jìn)的分步收縮和吸附納米光刻技術(shù)(mSCAN)的方案。圖9A說(shuō)明了原聚二甲基硅氧烷(PDMS)模具(Pl)的AFM局部圖像，母Si模顯示在插圖中。圖9B說(shuō)明了次PDMS模具(P2)的AFM局部圖像。圖IOA說(shuō)明了來(lái)自160kPa的外部壓力下如圖9A所示PDMS彈性體模具的圖案化的牛血清蛋白(BSA)圖案的AFM局部圖像。圖10B說(shuō)明了來(lái)自40kPa的外部壓力下如圖9A所示PDMS彈性體模具的圖案化的BSA圖案的AFM局部圖像。圖ll說(shuō)明了雙層彈性體結(jié)構(gòu)中的波形成，該圖說(shuō)明了在拉長(zhǎng)襯底的松弛期間的波形成。圖12說(shuō)明了覆蓋在拉長(zhǎng)襯底上的具有不同厚度("錐形")的覆蓋層。圖13A和13B說(shuō)明了如圖12所示的在具有不同厚度("錐形")的覆蓋層上形成波形的AFM圖像。具體實(shí)施例方式在詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明的至少一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例之前，應(yīng)理解本發(fā)明不限于下文中描述的構(gòu)造和成份配置的細(xì)節(jié)應(yīng)用。本發(fā)明能夠形成其它的實(shí)施例或者以多種方式實(shí)行或者執(zhí)行。并且，應(yīng)理解文中使用的措辭和術(shù)語(yǔ)是用于說(shuō)明目的并且不應(yīng)該視為限制。在本
發(fā)明內(nèi)容中，引用了各種出版物、專(zhuān)利和公開(kāi)的專(zhuān)利說(shuō)明書(shū)。這些出版物、專(zhuān)利和公開(kāi)的專(zhuān)利說(shuō)明書(shū)的公開(kāi)內(nèi)容作為參考收入在本
發(fā)明內(nèi)容中，以更充分地描述本發(fā)明相關(guān)技術(shù)的狀態(tài)。除非另作說(shuō)明，使用慣用的技術(shù)術(shù)語(yǔ)。兩項(xiàng)典型技術(shù)，分步收縮和吸附納米光刻技術(shù)(StepwiseContractionandAdsorptionNano她ography(SCAN)),以及改進(jìn)的分步收縮和吸附納米光刻技術(shù)(mSCAN)描述如下。這些典型技術(shù)能夠?qū)⑽⒓?xì)加工的優(yōu)點(diǎn)擴(kuò)展到更小尺寸，能夠達(dá)到由掃描探針光刻所提供的空間精度。SCAN(分步收縮和吸附納米光刻技術(shù))是一種新的納米制造平臺(tái)，可用于實(shí)現(xiàn)圖案微型化并且增加圖案密度。通過(guò)重復(fù)材料收縮和吸附的步驟，該技術(shù)可用于從亳米或者微米比例制造微米或者納米尺寸圖案。本圖案可以是任何的選定要進(jìn)行微型化的設(shè)計(jì)或者結(jié)構(gòu)。SCAN的原理是將預(yù)設(shè)計(jì)的微結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移到拉伸的彈性印章上。然后印章被允許松馳，縮小成微結(jié)構(gòu)。這樣的允許可通過(guò)積極的步驟，且可以通過(guò)利用裝置或人的幫助來(lái)進(jìn)行。這樣的允許也可以被控制，以增加或減小松弛的速度。新的微型化結(jié)構(gòu)然后用作另一個(gè)拉伸的彈性體的印章。通過(guò)重復(fù)本工藝，具有預(yù)設(shè)計(jì)幾何結(jié)構(gòu)的原料的圖案被微型化到想要的尺寸，包括亞IOO納米(sub-100nm)。SCAN的簡(jiǎn)單化和高產(chǎn)量性能使得這個(gè)平臺(tái)成為有潛力地應(yīng)用在多路傳感器(Suetal.,2003)、非二進(jìn)制的光學(xué)顯示(Baoetal.,1999)、生物芯片(Zhu,2003)以及微流控器件(Quakeetal.,2000)中的其它微米和納米光刻技術(shù)的有竟?fàn)幜Φ奶鎿Q。SCAN的微型化原理通過(guò)用圖l所示的氣球模擬來(lái)說(shuō)明，主要步驟通過(guò)圖2的示意圖來(lái)說(shuō)明。高彈性的合成聚合物用作印章，微型化工藝源自于拉伸的襯底中央?yún)^(qū)的均勻收縮(Russelletal.,2002)。我們注意到合成聚合物僅僅是一種適合用作彈性印章的材料，任何能拉伸和松馳(顯示彈性)的材料可以用作彈性印章。制造過(guò)程包括i)在拉伸的橡膠表面上的原始微結(jié)構(gòu)(Pl)的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)；ii)利用以下循環(huán)實(shí)現(xiàn)圖案的微型化松馳拉伸的橡膠形成較小圖案P2，然后通過(guò)接觸轉(zhuǎn)換新結(jié)構(gòu)到另一個(gè)拉伸的彈性體上；iii)重復(fù)該循環(huán)直到獲得最終圖形尺寸Pn;以及，iv)最后轉(zhuǎn)印圖案Pn到希望的表面上。SCAN可以在一維或二維空間實(shí)現(xiàn)，這取決于最終產(chǎn)品的幾何結(jié)構(gòu)要求。例如，選擇一維SCAN工藝用于產(chǎn)生線陣列(例1，圖3A、3B、3C和3D)，使用二維SCAN工藝能夠制造點(diǎn)陣列(例子3，圖5A、5B和5C)。同其它非常規(guī)的光刻技術(shù)方法相比較，利用SCAN作為軟納米光刻技術(shù)的替換方法有一些優(yōu)點(diǎn)。SCAN的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是它的簡(jiǎn)單性。以宏觀比例制造結(jié)構(gòu)，然后通過(guò)重復(fù)材料收縮和材料轉(zhuǎn)移簡(jiǎn)單地形成最終精細(xì)尺寸的結(jié)構(gòu)。因而，SCAN可以在微米或者納米領(lǐng)域內(nèi)制造多材料成分。其次，SCAN期望適用各種材料。因?yàn)檫@個(gè)工藝一般涉及彈性襯底的機(jī)械變形，被圖印到這樣襯底上的材料不需要特別的熱學(xué)或光學(xué)特性。如此的靈活性尤其有利于制造例如蛋白質(zhì)(例如抗體)或者DNA的生物材料的微米或納米陣列。SCAN的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是成本效率，因?yàn)椴恍枰獜?fù)雜的儀器或者裝置。最后，SCAN的圖形尺寸微型化與圖形密度增加同時(shí)實(shí)現(xiàn)，我們定義為mX(m二PJPn)技術(shù)，與傳統(tǒng)的接觸光刻技術(shù)相比，對(duì)于本模鑄平臺(tái)隱含著分辨率和圖形密度的相對(duì)獨(dú)立。按照方程式^=卞1/^描述的，圖案尺寸微型化和圖案密度增加能夠同時(shí)取得，這里，Pi是最初的尺寸，Pm是在n次收縮之后的最終尺寸，R是在伸長(zhǎng)和收縮同樣均勻的情況下的伸長(zhǎng)比。對(duì)于伸長(zhǎng)和收縮非均勻的情況下，比率隨著區(qū)域而改變。p<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>我們預(yù)見(jiàn)SCAN在微刻蝕(microwritingXHongetal.,1999,Zauggetal.，2003,Sirringhausetal,2000，和Rothetal.，2004)和微接觸光刻技術(shù)(Quakeetal,2000，Kaneetal.,1999，Wilburetal"1994,Chouetal.,1996，andBaileyetal.，2002)方面的應(yīng)用和結(jié)合，其保持了這些已經(jīng)構(gòu)建很好的顯微光刻法的優(yōu)點(diǎn)，并且可達(dá)到的特征尺寸進(jìn)一步地縮小。其它的材料例如金屬納米微粒、粉末或者發(fā)光納米微?？梢岳肧CAN形成圖案。這樣的工藝甚至可以結(jié)合電/磁場(chǎng)或者激光脈沖(Barronetal.,2004)，去幫助在彈性表面之間的材料轉(zhuǎn)移。除了SCAN的與其它的微米或者納米制造平臺(tái)相結(jié)合的潛力之外，利用SCAN形成圖案的材料陣列會(huì)導(dǎo)致本技術(shù)大的技術(shù)革新。在工藝中多步的材料轉(zhuǎn)移是不希望的，SCAN的改進(jìn)不用涉及材料轉(zhuǎn)移的許多步驟，就可以實(shí)現(xiàn)微型化。這個(gè)方法被定義為改進(jìn)的分步收縮和吸附納米光刻技術(shù)(mSCAN)，表明了它對(duì)于在軟光刻技術(shù)(Xiaetal.,1998)中軟模具的制造具有直接重要性。mSCAN是一種可用于高效地實(shí)現(xiàn)圖案微型化和圖案密度的技術(shù)。類(lèi)似于SCAN工藝，這個(gè)技術(shù)可利用彈性墊的伸縮。類(lèi)似于軟光刻技術(shù)，由mSCAN平臺(tái)制造的模具能被用于以進(jìn)一步縮小的圖案尺寸和增加的圖案密度來(lái)印刷各種材料。如例5所述，一種可收縮的彈性模具從線寬1.5pm的硅模澆鑄而成。其結(jié)果，在新模具上的線特征從母硅模的1.5pm減少到240nm.。除具有SCAN平臺(tái)的優(yōu)點(diǎn)之外，mSCAN避免了在SCAN中材料粘彈性的調(diào)整，并且具有高產(chǎn)量和高精確度的額外優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)值得注意的是在進(jìn)行mSCAN工藝之后，在制造的彈性模具表面上出現(xiàn)了"波"。我們歸因于模具的雙層結(jié)構(gòu)，即PDMS襯底/PDMS模具是這樣的"波"形成的原因。在拉伸的彈性體的松弛中，x方向的長(zhǎng)度縮小總是伴有z和y方向的伸長(zhǎng)(Russelletal.,2002)。并且當(dāng)這樣的彈性體脫離任何界面物質(zhì)的附著時(shí)，在表面上沒(méi)有"波"預(yù)期發(fā)生。然而，當(dāng)另外的介質(zhì)覆蓋該拉伸的彈性體時(shí)，該介質(zhì)極大地抑制了襯底的垂直變形(z方向)，從而導(dǎo)致在z方向周期性的高度變化，這就形成了波(Volynskiietal.，1999,Volynskiietal,2000)。這個(gè)過(guò)程通過(guò)圖11的示意能更清楚地顯示，該波的波長(zhǎng)可以是由下列方程式描述的半定量(Volynskiietal.,1999and2000):其中,h表示覆蓋彈性體層的厚度，"表示泊松率，E,和E分別表示覆蓋層和襯底的楊式模量。明顯地，波長(zhǎng)可以通過(guò)改變覆蓋層的厚度來(lái)調(diào)節(jié)。這個(gè)關(guān)系式在圖12中論證，其中,具有錐形結(jié)構(gòu)的PDMS覆蓋層被涂在拉伸的PDMS襯底上。襯底的松弛導(dǎo)致覆蓋層上不同波長(zhǎng)的波。圖13A和13B顯示這些波的波形圖像，并且波長(zhǎng)實(shí)際上依賴(lài)于覆蓋層的厚度。此外，如果覆蓋層不是由均勻?qū)咏M成的，而是由具有高度差的層例如圖8所示的格柵模具組成，覆蓋層厚度的精細(xì)控制是必要的，并且可以利用前述的原理去最小化波對(duì)格柵線特征的影響。通常，h可以被調(diào)節(jié)，以使形成關(guān)系式義》格柵線的間距尺寸。在本申請(qǐng)實(shí)施例技術(shù)中使用的彈性體可以是任何具有足夠彈性的材料。一些非限制的彈性體例子包括具有和不具有表面改良的橡膠、聚二甲基硅氧烷(poly(dimethylsiloxane))(PDMS)和膠乳(latex)。彈性體可以在1維或2維空間內(nèi)被伸長(zhǎng)或者拉伸。本申請(qǐng)實(shí)施例技術(shù)可用于制造希望尺寸的微結(jié)構(gòu)，從微米到納米范圍。本申請(qǐng)實(shí)施例技術(shù)的彈性體可以包含一種或多種聚合物。彈性體可以包含不同的聚合物。聚合物可以從具有和不具有表面改良的橡膠、聚二甲基硅氧烷(PDMS)和膠乳(latex)中選擇。用于本發(fā)明實(shí)施例技術(shù)中的圖案可能是生物材料、納米微粒、納米線、納米管、金屬、有機(jī)和無(wú)機(jī)材料、或者復(fù)合材料。生物材料可能是核苷酸、縮氨酸、配位體、低聚糖、病毒或者細(xì)菌、或者諸如抗體或者抗原的蛋白質(zhì)。在這里涉及的縮氨酸為兩種或更多種氨基酸。圖案可通過(guò)光刻技術(shù)平臺(tái)制造，例如照相平版印刷術(shù)、掃描探針光刻技術(shù)、墨噴式印刷、陣列技術(shù)、壓印光刻技術(shù)、射束刻蝕法、粒子光刻技術(shù)或者微接觸印刷。在彈性體表面之間圖案的轉(zhuǎn)移可以通過(guò)外部方法傳遞，諸如表面化學(xué)、表面等離子處理、電場(chǎng)處理或者磁場(chǎng)處理。本申請(qǐng)也具體表示了本發(fā)明的微結(jié)構(gòu)或者納米結(jié)構(gòu)，這些微結(jié)構(gòu)或納米結(jié)構(gòu)能被用作諸如顯微光刻法或者納米光刻技術(shù)的光刻技術(shù)的模具，或者用在光學(xué)顯示、傳感器、生物芯片、微陣列、納米陣列或流體器件。本申請(qǐng)也期待用于包含本發(fā)明的微結(jié)構(gòu)或者納米結(jié)構(gòu)的生物或電子器件中。例l:微型化多成分線陣列產(chǎn)生多成分微觀結(jié)構(gòu)的能力在圖3A、3B、3C和3D中說(shuō)明，其中包含實(shí)驗(yàn)裝置(圖3A)的照片和利用SCAN形成的微型化的多成分線陣列光學(xué)顯微照片(圖3B-D)。實(shí)驗(yàn)涉及最初繪制在拉伸的膠乳彈性體102(Pioneer,PioneerWorldwideTM)表面上的一系列有顏色的線101(圖3A),其線寬度為0.2mm，間隔為lmm。在第一次松弛之后，線寬度縮小到40pm,如圖3B所示。如圖3C所示，更多循環(huán)產(chǎn)生具有10^im的線寬度和45iim的間隔的圖案。最終結(jié)構(gòu)(圖3D)展現(xiàn)出8pm的寬度和15pm的間隔。實(shí)現(xiàn)了25倍線寬度的縮小，實(shí)現(xiàn)了從0.2mm減到8pm,并且線密度(線數(shù)/英寸或者LPI)增加了80倍，從20LPI(1.2mm/間距)到1700LPI(15lam/間距)。最初，預(yù)想到1維SCAN會(huì)沿著拉伸/收縮方向顯示出成比例的微型化，因此最后的結(jié)構(gòu)尺寸通過(guò)方程式可以被預(yù)測(cè)《=《xr"這里R是每個(gè)步驟中彈性襯底的拉伸比。然而圖3A、3B、3C和3D形成的結(jié)果表明不是如此，25倍的線寬度縮減對(duì)比80倍的間隔縮減。要被圖案化的材料的粘性(viscosity)影響SCAN的微型化結(jié)果。對(duì)于溶劑里的固體材料，在圖案轉(zhuǎn)移之前溶劑的完全蒸發(fā)使圖案變得剛硬，因此在有印墨和空白地方呈現(xiàn)非線性和不均勻的收縮。典型地，墨水的收縮率小于空白處橡膠的收縮率。因而需要調(diào)節(jié)溶劑濃度去達(dá)到希望的粘性和硬度。例2:生物納米結(jié)構(gòu)的制造當(dāng)與其它已經(jīng)建立的顯微光刻技術(shù)(Kumaretal.，1995,Xiaetal.，1998，Chouetal.,1996，Baileyetal.,2002)相結(jié)合時(shí)，SCAN的微型化方式特別有優(yōu)勢(shì)。顯微光刻法可以被利用產(chǎn)生具有微米級(jí)精密和復(fù)雜度的原始圖案，然后SCAN允許進(jìn)一步的縮小這些結(jié)構(gòu)到微細(xì)加工技術(shù)難以達(dá)到的尺寸。因此，綜合這兩個(gè)平臺(tái)能夠提供強(qiáng)大的設(shè)計(jì)和產(chǎn)生納米結(jié)構(gòu)的方法。圖4A和4B說(shuō)明生物納米結(jié)構(gòu)的制造，其中1.2nm間距的PDMS模具用來(lái)在一塊1維拉伸的橡膠(圖4A)上模鑄牛血清清蛋白(bovineserumalbumin(BSA))線陣歹ll。在這個(gè)工藝過(guò)程中，BSA(lOpg/mL)首先涂在具有格柵線特征(300nm的線寬和1.2jim的間距尺寸)的聚二甲基硅氧烷(poly(dimethylsiloxane))(PDMS)印章上。在通過(guò)氮?dú)饬鞲稍镏?，BSA圖案轉(zhuǎn)移到拉伸的熱塑性橡膠，形成圖4A所示的圖案。在彈性體上的拉伸應(yīng)力釋放之后，圖案然后轉(zhuǎn)移到云母襯底上，利用AFM顯像。拉伸的彈性體的松弛產(chǎn)生由具有90土6nm間距(圖4B)的平行線構(gòu)成的線陣列。類(lèi)似于影印縮減，原有的缺點(diǎn)諸如不連續(xù)或者虛線在微型化(比較圖4A和圖4B)過(guò)程中有效地修復(fù)了。不同于影印縮減，在彈性體一個(gè)方向的線寬度縮減總是伴隨著沿著正交方向圖案的伸長(zhǎng)(Russelletal.，2002)。例3:2維SCAN在二維SCAN中，彈性體在實(shí)驗(yàn)平面內(nèi)沿所有方向均勻地伸長(zhǎng)，在印章的中央?yún)^(qū)域獲得均勻的微型化。例如，在五個(gè)SCAN周期(圖5A、5B和5C)之后產(chǎn)生兩種熒光染料的二維點(diǎn)微陣列。原始的點(diǎn)具有0.5±0.1mm的直徑和5±1mm的間隔，而最終的點(diǎn)尺寸是10士l(mi的直徑和25士l^im的間隔。相應(yīng)地，陣列密度(每平方英寸的點(diǎn)數(shù)或者SPSI)增力口5次，從25SPSI(1點(diǎn)/25mm2)至U106SPSI(1點(diǎn)/625,2)。如果使用高質(zhì)量的噴墨技術(shù)(Zauggetal.,2003或照相平版印刷術(shù)(Levensoneta1.，1993)用來(lái)產(chǎn)生原始圖案，微型化的質(zhì)量能夠顯著地提高。例4:生物陣列的制造SCAN平臺(tái)對(duì)于制造諸如DNA或者蛋白質(zhì)的生物材料的微米或者納米陣列來(lái)說(shuō)是足夠和緩的，具有高產(chǎn)量和高精確度。例如，圖6和7顯示了利用SCAN產(chǎn)生的人免疫球蛋白G(IgG)(圖6)陣列和兩種類(lèi)型的單鏈DNA(圖7)。在圖6中，未作標(biāo)記的人類(lèi)IgG(0.5mg/mLPBS緩沖液，pH7.0(0.5mg/mLinPBSbuffer,pH7.0))用SCAN(原始尺寸為點(diǎn)直徑0.5mm和中心間隔3.5mm,在3次SCAN循環(huán)之后最終尺寸為直徑59iim和中心間隔130pm)來(lái)產(chǎn)生微米尺寸的陣列。該陣列然后在37。C暴露于標(biāo)記的FITC(綠色熒光，Xmax=543nm)的羊抗人IgG(60mg/L)中30分鐘。其表面用PBS徹底地清洗，以使在共焦成像(confocalimaging)之前清理掉任何非特定的粘合物。在圖7中利用SCAN(原始尺寸為3mm的中心間隔和0.5mm的點(diǎn)直徑，利用兩個(gè)低聚核苷酸(在SSC緩沖液中15mg/L，PH7.0):5'-NH2-AAAAAAAAAAACCCAACACTACTCG-3'(被指定為ssDNA-1)和5'-NH2-AAAAAAAAAACGACAGCTGCGAGCC(ssDNA-2),在2次SCAN循環(huán)之后最終尺寸為330(im的中心間隔和80(mi的點(diǎn)直徑)來(lái)產(chǎn)生微結(jié)構(gòu)陣列。該表面然后暴露于一種包含ssDNA-1和ssDNA-2:5'-FAM—CGAGTAGTGTTGGGT-3'(綠色熒光，Xmax=543nm)和5'-TAMRA-GGCTCGCAGCTGTCG-3'(紅色熒光，Xmax=640nm)的互補(bǔ)序列的溶液中。該雜化(hybridization)通過(guò)二色共焦顯微照相顯示。如圖6所示，在所述抗體陣列情況下，IgG(IgG)分子能夠通過(guò)例如熒光標(biāo)記的羊抗人IgG的專(zhuān)門(mén)輔助抗體(specificsecondaryantibodies)來(lái)辨別。在所述DNA陣列情況下，DNA能夠與互補(bǔ)的單鏈DNA(ssDNA)結(jié)合。由于互補(bǔ)的ssDNA具有兩個(gè)不同的熒光標(biāo)記(Xmax=640nm和入max=543nm)，關(guān)于與由SCAN形成的個(gè)別ssDNA特征的特定結(jié)合或者對(duì)由SCAN形成的個(gè)別ssDNA特征的識(shí)別，顯示綠色和紅色熒光。例5:mSCAN圖8說(shuō)明了通過(guò)mSCAN形成可收縮彈性體模具。聚二甲基硅氧烷(Poly(dimethylsiloxane))(PDMS)選用作彈性體，因?yàn)槠洚a(chǎn)生的彈性體基底具有良好的彈性并能夠伸展3-4次而沒(méi)有裂縫或斷裂。在該mSCAN工藝中，液體PDMS預(yù)彈性體(未處理)薄層首先涂敷在拉長(zhǎng)的PDMS襯底上，然后形成圖案的Si模具接觸這個(gè)預(yù)彈性體(步驟1)。在該工藝中，Si模具用1H,lH,2H,2H-全氟癸基三氯硅烷(lH,lH,2H,2H-perfluorodecyltrichlorosilane)處理，以使在PDMS處理之后具有用來(lái)模具釋放的低表面能量。在模具和預(yù)彈性體之間的緊密接觸能夠通過(guò)施加外壓力實(shí)現(xiàn)，大約40kPa。隨后，整個(gè)組合在65。C下烘培120分鐘(Xiaetal.,1998),以使完全地處理在Si模具之下的PDMS(步驟2)。最終，硅模具被去掉，然后得到會(huì)收縮的彈性體模具(P1)(步驟3),其中PDMS襯底的松弛能夠在橫向上壓縮模具特征。在液體PDMS預(yù)彈性體的薄層涂敷之前，厚度為0.5mm的PDMS襯底被拉伸4次。在圖8中說(shuō)明了進(jìn)行的微型化過(guò)程，并且在襯底松馳之后產(chǎn)生的圖案局部影像(topographyimage)如圖9A和9B所示。圖9B的插圖說(shuō)明了硅格柵模具的局部影像，其包括具有1.5pm寬突起底部和中間1.5pm間隔的平坦臺(tái)(flatplateau)。在彈性體模具中產(chǎn)生硅格柵的底片圖案，其中線寬度和線距分別縮減為800nm和400nm(1.2pm的線距尺寸，圖4A)。明顯地，在該模具不同的彈性體厚度引起在突起和溝之間的不同的橫向壓縮。此外，當(dāng)彈性體模具(Pl)進(jìn)一步地用作模鑄平臺(tái)去替換圖8方法中步驟l的Si模具，該模具的特征尺寸連續(xù)地縮小，并且相應(yīng)地，來(lái)自Si模具的圖案密度以逐步的趨勢(shì)增加。具體地說(shuō)，一種由聚丙烯酸(PAA)組成的犧牲模，也就是說(shuō)，Pl的負(fù)象復(fù)制用于如圖8(步驟4-6)所示的這種目的。PAA的熱塑性質(zhì)使它作為形成犧牲模的良好候選，因?yàn)?a)在圖案復(fù)制之后的PAA在玻璃轉(zhuǎn)變溫度下(80°C)不容易變形，以及(b)PAA不會(huì)強(qiáng)有力地粘附在PDMS表面上。后者性質(zhì)允許PAA在薄膜鑄塑之后容易地從輔助的模具(Pl)中去除掉，因而能被用作隨后的第三級(jí)的模具(P2)鑄模。在犧牲模的鑄模工藝期間，乙醇(2wt%)中的PAA溶液首先覆蓋在Pl模具表面上，然后帶有P1的負(fù)象特征的干凈PAA模具在氮?dú)饬飨略俅胃稍?步驟4，圖1)。類(lèi)似Si模具的用法，PAA模具用于制作第三級(jí)模具(P2)(步驟5，圖8)。在釋放拉伸襯底的拉伸應(yīng)力之后，P2橫向的松弛縮小了線特征的尺寸，其中線寬度從800nm(1.2pm的線距尺寸，圖9B)減少到240nm(500nm的線距尺寸，圖4B)。進(jìn)一步地，通過(guò)按照步驟4-6,以P2為基準(zhǔn)復(fù)制模具也是可能的，并且將縮減圖案尺寸到均勻較小的比例。例6:mSCAN在軟光刻方面的應(yīng)用類(lèi)似^CP(微接觸印刷)，從mSCAN平臺(tái)制造的模具能被用于印刷各種帶有微型圖案尺寸和增加的圖案密度的材料。由于PDMS模具和底下的彈性襯底非常薄，一種剛性的載玻片能用于避免在隨后的印刷中不希望的變形。值得注意的是，PDMS橫向的收縮工藝改變突起的邊外形，從方的到圓的。這個(gè)特征的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是在隨后的接觸印刷工藝中能夠隨著不同的外部的壓力調(diào)整該模具和襯底的接觸面積。結(jié)果，能夠通過(guò)利用如圖IOA和IOB所示同樣的彈性模具制造具有不同線寬的蛋白質(zhì)圖案。在這個(gè)方案例子的實(shí)驗(yàn)中，在液劑(0.1wt%)中的BSA薄層涂敷在Pl模具(圖9A和B標(biāo)明的)并通過(guò)氮?dú)饬鞲稍?。隨后，彈性體模具接觸Si襯底，然后分別在160kPa和40kPa外部壓力下得到寬500nm和200nm的BSA圖案。參考文獻(xiàn)以下參考文獻(xiàn)以整體引用的方式并入本申請(qǐng)中。Arias,A.C;Ready,S.E.;Lujan,R.;Wong，W.S.;Paul,K.E.;Salleo,A.;Chabinyc,M.L.;Apte,R.;Street,R.A.;Wu,Y.;Liu，P.;Ong,B.ApplPhysLett2004,85,3304-3306.Bailey,T.C.etal.Stepandflashimprintlithography:Anefficientnanoscaleprintingtechnology.JournalofPhotopolymerScienceandTechnology15，481-486(2002).Bao,Z.A.&Campbell,S.Patternedmultiplecolorpolymerlight-emittingdiodes.ThinSolidFilms352，239-242(1999).Barron,J.A.,Wu，P.,Ladouceur，H.D.&Ringeisen,B.R.Biologicallaserprinting:Anoveltechniqueforcreatingheterogeneous3-dimensionalcellpatterns.BiomedicalMicrodevices6，139-147(2004).Bullen,D.etal.Paralleldip-pennanolithographywitharraysofindividuallyaddressablecantilevers.AppliedPhysicsLetters84,789-791(2004).Buesa,C,Maes，T.,Subirada,F.,Barrachina，M.&Ferrer,I.DNAchiptechnologyinbrainbanks:Confrontingadegradingworld.JournalofNeuropathologyandExperimentalNeurology63,1003-1014(2004).Chen，C.C,Hirdes,D.&Folch,A.Gray-scalephotolithographyusingmicrofluidicphotomasks.ProceedingsoftheNationalAcademyofSciencesoftheUnitedStatesofAmerica100,1499-1504(2003).Chiu,D.T.etal.Patterneddepositionofcellsandproteinsontosurfacesbyusingthree-dimensionalmicrofluidi.csystems.Proceedings2408-2413(2000).Chou,S.Y.，Krauss，P.R.&Renstrom,P.J.Nanoimprintlithography.JournalofVacuumScience&TechnologyB14,4129-4133(1996).Fodor,S.P.A.etal.Light-Directed,SpatiallyAddressableParallelChemicalSynthesis.Science251,767-773(1991).■Hong,S.H.，Zhu,J.&Mirkin,C.A.Multipleinknanolithography:Towardamultiple-pennano-plotter.Science286,523-525(1999).Kane,R.S.,Takayama,S.,Ostuni,E.，Ingber,D.E.&Whitesides,G.M.Patterningproteinsandcellsusingsoftlithography.Biomaterials20,2363-2376(1999).Kumar,A.,Abbott,N.L.，Kim,E.，Biebuyck,H.A.&Whitesides,AccountsofChemicalResearch28,219-226(1995).Lawrene,J.R.;Turabull,G.A.;Samuel,I.D.W.ApplPhysLett2003，82,4023-4025.Levenson,M.D.Wave-FrontEngineeringforPhotolithography.PhysicsToday46,28-36(1993).Liu,G.Y.,Xu,S.&Qian,Y.L.Nanofabricationofself-assembledmonolayersusingscanningprobelithography.AccountsofChemicalResearch33，457-466(2000).Ouyang,Z.Q.;Tan,L;Liu,M.;Judge,O.;Zhang,X.;Li,H.;Hu,J.Patten,T.E.;Liu,G.Y.Submitted2005.Piner,R.D.;Zhu,J.;Xu,F.;Hong,S.H.;Mirkin,C.A.Science1999,283,661-663.Quake,S.R.&Scherer,A.Frommicro-tonanofabricationwithsoftmaterials.Science290，1536-1540(2000).Roth,E.A.etal.InkJetprintingforhigh-throughputcellpatterning.Biomaterials25,3707-3715(2004).Russell,T.P.Surface-responsivematerials.Science297,964-967(2002).Sirringhaus,H.etal.High-resolutioninkjetprintingofall-polymertransistorcircuits.Science290，2123-2126(2000).Su,M.,Li,S.Y.&Dravid,V.P.Miniaturizedchemicalmultiplexedsensorarray.JournaloftheAmericanChemicalSociety125,9930-9931(2003)Tan,L.;Kong，Y.P.;Pang,S.W.;Yee,A.F.JVacSciTechnolB2004，22,2486-2492.Tien,J.,Nelson,C.M.&Chen,C.S.Fabricationofalignedmicrostructureswithasingleelastomericstamp.Proceedingsofthe1758-1762(2002).Volynskii,A.L.;Bazhenov,S.;Lebedeva,O.V.;Ozerin，A.N.;Bakeev,N.F.JApplPolymSci1999,72,1267-1275.Volynskii,A.L;Bazhenov,S.;Lebedeva,O.V.;Bakeev,N.F.JMaterSci2000,35,547-554,Wilbur,J.L.,Kumar,A.,Kim,E.&Whitesides,G.M.MicrofabricationbyMicrocontactPrintingofSelf-AssembledMonolayers.AdvancedXia,Y.N.&Whitesides,G.M.Softlithography.AnnualReviewofMaterialsScience28,153-184(1998).Xu,S.,Miller,S.,Laibinis,P.E.&Liu,G.Y.Fabricationofnanometerscalepatternswithinself-assembledmonolayersbynanogmfting.Langmuir15,7244-7251(1999).Zaugg,F.G.&Wagner,P.Drop-on-demandprintingofproteinbiochiparrays.MrsBulJetin28,837-842(2003).Zhu，H.&Snyder,M.Proteinchiptechnology.CurrentOpinioninChemicalBiology7,55-63(2003).權(quán)利要求1.一種制造微結(jié)構(gòu)或納米結(jié)構(gòu)的方法，該方法包括獲得拉伸的彈性體；在該拉伸的彈性體上制造圖案；允許該拉伸的彈性體松馳去轉(zhuǎn)換該圖案，以產(chǎn)生微結(jié)構(gòu)或納米結(jié)構(gòu)。2.—種制造微結(jié)構(gòu)或納米結(jié)構(gòu)的方法，該方法包括a)獲得第一個(gè)拉伸的彈性體和第二個(gè)拉伸的彈性體；b)在第一個(gè)拉伸的彈性體上制造圖案；c)允許第一個(gè)拉伸的彈性體松馳而轉(zhuǎn)換圖案，以使產(chǎn)生第一個(gè)縮小尺寸的圖案；d)轉(zhuǎn)移第一個(gè)縮小尺寸的圖案到第二個(gè)拉伸的彈性體上；以及，e)允許第二個(gè)拉伸的彈性體松馳去轉(zhuǎn)換第一個(gè)縮小尺寸的圖案，以產(chǎn)生第二個(gè)縮小尺寸的圖案。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，該方法還包括利用其它拉伸的彈性體作為第二個(gè)拉伸的彈性體的重復(fù)步驟d和e，其中，從步驟e產(chǎn)生的第二個(gè)縮小尺寸的圖案用作步驟d的第一個(gè)縮小尺寸的圖案，并且重復(fù)步驟d和e直到產(chǎn)生的第二個(gè)縮小尺寸的圖案是微結(jié)構(gòu)或納米結(jié)構(gòu)。4.一種制造微結(jié)構(gòu)或納米結(jié)構(gòu)的方法，該方法包括a)拉伸第一個(gè)彈性體以產(chǎn)生第一個(gè)拉伸的彈性體；b)在第一個(gè)拉伸的彈性體上制造圖案；c)允許第一個(gè)拉伸的彈性體松馳去轉(zhuǎn)換圖案，以產(chǎn)生第一個(gè)縮小尺寸的圖案；d)拉伸第二個(gè)拉伸的彈性體以產(chǎn)生第二個(gè)拉伸的彈性體；e)轉(zhuǎn)移第一個(gè)縮小尺寸的圖案到第二個(gè)拉伸的彈性體上；f)允許第二個(gè)拉伸的彈性體松馳，轉(zhuǎn)換在第二個(gè)拉伸的彈性體上的第一個(gè)縮小尺寸的圖案，以產(chǎn)生第二個(gè)縮小尺寸的圖案。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，該方法還包括利用其它拉伸的彈性體作為第二個(gè)彈性體的重復(fù)步驟d、e、f，其中，從步驟f產(chǎn)生的第二個(gè)縮小尺寸的圖案用作步驟e的第一個(gè)縮小尺寸的圖案，重復(fù)步驟d、e和f直到產(chǎn)生的第二個(gè)縮小尺寸的圖案是微結(jié)構(gòu)或納米結(jié)構(gòu)。6.根據(jù)權(quán)利要求l-5所述的方法，其特征在于，彈性體包括一個(gè)或多個(gè)聚合體。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述的聚合體從具有和不具有表面改性的橡膠、聚二甲基硅氧烷(Poly(dimethylsiloxane))(P畫(huà)S)或膠乳中選擇。8.根據(jù)權(quán)利要求2-5所述的方法，其特征在于，彈性體包括不同的聚合體。9.根據(jù)權(quán)利要求l-5所述的方法，其特征在于，所述圖案是生物材料、納米微粒、納米線、納米管、金屬、有機(jī)無(wú)機(jī)的材料或復(fù)合材料。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述生物材料包括縮氨酸、蛋白質(zhì)、配位體、低聚糖、核苷酸、病毒或細(xì)菌。11.根據(jù)權(quán)利要求IO所述的方法，其特征在于，所述生物材料是抗體或抗原。12.根據(jù)權(quán)利要求l-5所述的方法，其特征在于，所述微結(jié)構(gòu)或納米結(jié)構(gòu)包括用于光刻法的模具。13.根據(jù)權(quán)利要求l-5所述的方法，其特征在于，所述圖案通過(guò)光刻技術(shù)平臺(tái)制造，其中，光刻技術(shù)平臺(tái)是照相平版印刷術(shù)、掃描探針光刻技術(shù)、墨噴式印刷、陣列技術(shù)、壓印光刻技術(shù)、射東刻蝕法、粒子光刻技術(shù)或微接觸印刷。14.根據(jù)權(quán)利要求l-5所述的方法，其特征在于，所述微結(jié)構(gòu)或納米結(jié)構(gòu)用于顯微光刻技術(shù)和納米光刻技術(shù)。15.根據(jù)權(quán)利要求l-5所述的方法，其特征在于，在彈性體表面之間圖案的轉(zhuǎn)移通過(guò)外部方法傳遞，其中所述的外部方法是表面化學(xué)、表面等離子體處理、熱處理、電場(chǎng)處理或磁場(chǎng)處理。16.根據(jù)權(quán)利要求l-5所述的方法，其特征在于，所述彈性體至少一維拉伸。17.根據(jù)權(quán)利要求l-5所述的方法，其特征在于，所述彈性體至少二維拉伸。18.—種微結(jié)構(gòu)或納米結(jié)構(gòu)，利用權(quán)利要求l-5所述的方法制造。19.一種生物醫(yī)學(xué)或電子器件，該器件包括根據(jù)權(quán)利要求18所述的微結(jié)構(gòu)或納米結(jié)構(gòu)。20.根據(jù)權(quán)利要求l-5所述的方法，其特征在于，所述微結(jié)構(gòu)或納米結(jié)構(gòu)用于光學(xué)顯示、探測(cè)器件、生物芯片、微陣列、納米陣列或流體元件。全文摘要分步收縮和吸附納米光刻(SCAN)圖案工藝能夠收縮復(fù)雜的(由目前微制造技術(shù)產(chǎn)生的)微結(jié)構(gòu)到納米級(jí)。SCAN的基本原理是轉(zhuǎn)移預(yù)設(shè)計(jì)的微結(jié)構(gòu)到伸長(zhǎng)的彈性體上。該伸長(zhǎng)的彈性體然后被允許松弛，因此縮小了微結(jié)構(gòu)。該新的微型化結(jié)構(gòu)然后用作轉(zhuǎn)移該結(jié)構(gòu)到其它拉長(zhǎng)彈性體上的印章。通過(guò)重復(fù)上述過(guò)程，帶有預(yù)設(shè)計(jì)幾何形狀的材料的圖案被微型化到希望尺寸，包括亞100nm。SCAN的簡(jiǎn)單性和高產(chǎn)量能力使得該平臺(tái)成為其它微或納米技術(shù)具有競(jìng)爭(zhēng)力的替換，有潛力地應(yīng)用在多路傳感器、非二進(jìn)制光學(xué)顯示、生物芯片、納米電子器件以及微流器件中。文檔編號(hào)B28B7/06GK101189106SQ200680018621公開(kāi)日2008年5月28日申請(qǐng)日期2006年5月30日優(yōu)先權(quán)日2005年5月27日發(fā)明者劉剛玉,劉茂孜,軍胡,俐譚申請(qǐng)人:加利福尼亞大學(xué)董事會(huì)