CN101189106A - 弹性体的连续收缩——一种产生微米和纳米结构的简单微型化方法 - Google Patents
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Abstract
分步收缩和吸附纳米光刻(SCAN)图案工艺能够收缩复杂的(由目前微制造技术产生的)微结构到纳米级。SCAN的基本原理是转移预设计的微结构到伸长的弹性体上。该伸长的弹性体然后被允许松弛，因此缩小了微结构。该新的微型化结构然后用作转移该结构到其它拉长弹性体上的印章。通过重复上述过程，带有预设计几何形状的材料的图案被微型化到希望尺寸，包括亚100nm。SCAN的简单性和高产量能力使得该平台成为其它微或纳米技术具有竞争力的替换，有潜力地应用在多路传感器、非二进制光学显示、生物芯片、纳米电子器件以及微流器件中。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求在2005年5月27提交的美国临时申请，申请号为60/685,210的根据35 USC 119(e)的优先权，在此引用其全部内容作为参考。
声明有关联邦资助的研究与发展
本发明是在政府支持下做出的，来自国家标准与技术研究所(theNational Institute of Standards and Technology)资助(或契约)号为60NANBID0072和来自国家科学基金会(the National ScienceFoundation)资助(或契约)号为CHE 0244830的研究基金。美国政府拥有本发明的权利。
技术领域
本申请涉及一种在微米或纳米级中材料和成分形成图案的方法，具体地说，本发明涉及一种实现图案微型化的同时增加图案密度的方法。
背景技术
微米或者纳米级的形成图案(patterning)的材料在许多科学和技术领域里都是所希望的，例如在光学领域里用于波长可调激光器的光栅(Lawrene et al.，2003)，在电子学领域内的窄栅宽晶体管(Arias，etal.2004)，以及便携式生物传感器(Su et al，2003)。这些方面的应用要求不仅包括有源元件的小尺寸，而且还包括有助于产量估计和增加设备效率的大图案密度。
以减少的尺寸在指定的位置将多成分形成图案常常遇见困难。微图案通常需要多个印章和配准步骤或者三维印章结构的精密设计，以让那些化学制剂流体流动到指定的位置(Tien et al.，2002)。多成分图案的应用包括非二进制光学显示(non-binary optical displays)和微分离器件。当需要纳米尺寸部件时，上述制造方法预期会极端复杂。
在照相平板印刷技术(photolithography)中，通过连续地照射穿过不同位置的掩模的光敏试剂来制造生物探针的微阵列(Fodor et al.1991，Kane et al.，1999，and Buesa et al.，2004)。尽管照相平板印刷技术用实例证明有潜力去不断地打破分辨率极限(Levenson et al.，1993)，但仪器的高成本和各种原料的集成困难限制了它的广泛应用。扫描探针光刻技术(Xu et al.，1999，Liu et al.，2000，Piner et al.1999)在制造和表征纳米结构方面能够提供高空间精度；然而，这个方法有着低生产量的缺陷。下一代光刻技术例如软光刻技术(Wilbur et al.，1994，Kumar et al.，1995，Xia et al.，1998，Kane et al.，1999)和压印技术(Chou et al.，1996 Bailey et al.2002)通常具有同样的特点：低成本和高分辨率。然而，这些方法也和制造图案的1X技术一样有名，制造的图案是铸造模具专门的负像和正像复制，因而图案尺寸和密度都是不可调节的。
微光刻技术已经达到成熟的水平，因此多成分和复杂的微观结构能被高产量地制造。可选地，光刻技术例如软光刻技术(Chiu et al，2000 et al.，2000，Wilbur et al.，1994，Kumar et al.，1995，Xia et al.，1998，Tien et al.，2002 and Chen et al.，2003)和写(writing)技术(Hong et al.，1999，Xu et al.，2000 Sirringhaus et al.，2000，Liu et al.，2000，and Bullenet al.，2004)已经在包括不平滑表面的多种材料上制造出分层的微结构。由于在步骤之间掩模制造和校准的精度要求，进一步微型化是无意义的。
虽然微细加工相对地建立起来，但生产高密度的多成分微米和纳米结构现在仍然很难。这种工艺经常需要连续地运用微米和纳米光刻技术，以及在微型化期间各成分的精确校准逐渐地变得更具有挑战性(Fodor et al.，1991，Hong et al.，1999，Chiu et al.，2000，Su et al.2003，Zaugg et al，2003)。因而需要简单的、成本低的方法来微型化包括多成分和特征的微结构
发明内容
在一个优选实施例中，通过首先获得拉伸的弹性体来制造微结构或纳米结构。然后在拉伸的弹性体上制造图案。拉伸的弹性体被允许松弛去转换图案，以制造微结构或纳米结构。
在另一个优选实施例中，通过首先获得第一个拉伸弹性体和第二个拉伸弹性体来制造微结构或纳米结构。在第一个拉伸的弹性体上制造图案。第一个拉伸的弹性体允许松弛来转换图案，以制造第一个缩减尺寸的图案。第一个缩减尺寸的图案转移到第二个拉伸的弹性体。第二个拉伸的弹性体被允许松弛去转换第一个缩减尺寸的图案，以来制造第二个缩减尺寸的图案。
在另一个优选实施例中，通过首先拉伸第一个弹性体制造第一个拉伸弹性体，来制造微结构或纳米结构。在第一个拉伸的弹性体上制造图案。第一个拉伸的弹性体被允许松弛去转换图案，以制造第一个缩减尺寸的图案。拉伸第二个弹性体产生第二个拉伸的弹性体。第一个缩减尺寸的图案转移到第二个拉伸的弹性体上。第二个拉伸的弹性体被允许松弛，从而转换第一个缩减尺寸的图案到第二个拉伸的弹性体上，以制造第二个缩减尺寸的图案。
附图说明
图1说明分步收缩和吸附纳米光刻技术(SCAN)的气球模拟，其中当放气时气球上的单词“SCAN”缩小。
图2说明了SCAN工艺的图解。
图3A说明了具有在胶乳表面上涂有原始墨线的1维SCAN拉伸器件的照片。
图3B说明了一个SCAN循环之后的墨线。
图3C说明了第二个SCAN循环之后产生的结构。
图3D说明了第三个SCAN循环之后产生的结构。
图4A说明了具有300nm的线宽和1.2μm间距尺寸的原版的原子力显微镜(AFM)图像，比例条＝1μm。
图4B说明了在一个SCAN循环之后微型化的结构，具有30±6nm线宽和90+6nm间距尺寸，比例条＝274nm。
图5A说明了在一个SCAN循环之后产生的红色(λmax＝640nm)和绿色(λmax＝543nm)荧光墨水的交替阵列的激光共聚焦荧光显微照片，比例条＝500μm。
图5B说明了在三个SCAN循环之后产生的红色(λmax＝640nm)和绿色(λmax＝543)荧光墨水的交替阵列的激光共聚焦荧光显微照片，比例条＝234μm。
图5C说明了在五个SCAN循环之后产生的红色(λmax＝640nm)和绿色(λmax＝543)荧光墨水的交替阵列的激光共聚焦荧光显微照片，比例条＝34μm。
图6显示了通过SCAN产生的蛋白质阵列的激光共焦荧光显微照片，比例条＝220μm。
图7显示了通过SCAN产生的双成分低聚核苷酸阵列的激光共焦荧光显微照片，比例条＝500μm。
图8说明了改进的分步收缩和吸附纳米光刻技术(mSCAN)的方案。
图9A说明了原聚二甲基硅氧烷(PDMS)模具(P1)的AFM局部图像，母Si模显示在插图中。
图9B说明了次PDMS模具(P2)的AFM局部图像。
图10A说明了来自160kPa的外部压力下如图9A所示PDMS弹性体模具的图案化的牛血清蛋白(BSA)图案的AFM局部图像。
图10B说明了来自40kPa的外部压力下如图9A所示PDMS弹性体模具的图案化的BSA图案的AFM局部图像。
图11说明了双层弹性体结构中的波形成，该图说明了在拉长衬底的松弛期间的波形成。
图12说明了覆盖在拉长衬底上的具有不同厚度(″锥形″)的覆盖层。
图13A和13B说明了如图12所示的在具有不同厚度(″锥形″)的覆盖层上形成波形的AFM图像。
具体实施方式
在详细地说明本发明的至少一个优选实施例之前，应理解本发明不限于下文中描述的构造和成份配置的细节应用。本发明能够形成其它的实施例或者以多种方式实行或者执行。并且，应理解文中使用的措辞和术语是用于说明目的并且不应该视为限制。
在本发明内容中，引用了各种出版物、专利和公开的专利说明书。这些出版物、专利和公开的专利说明书的公开内容作为参考收入在本发明内容中，以更充分地描述本发明相关技术的状态。除非另作说明，使用惯用的技术术语。
两项典型技术，分步收缩和吸附纳米光刻技术(StepwiseContraction and Adsorption Nanolithography(SCAN))，以及改进的分步收缩和吸附纳米光刻技术(mSCAN)描述如下。这些典型技术能够将微细加工的优点扩展到更小尺寸，能够达到由扫描探针光刻所提供的空间精度。
SCAN(分步收缩和吸附纳米光刻技术)是一种新的纳米制造平台，可用于实现图案微型化并且增加图案密度。通过重复材料收缩和吸附的步骤，该技术可用于从毫米或者微米比例制造微米或者纳米尺寸图案。本图案可以是任何的选定要进行微型化的设计或者结构。
SCAN的原理是将预设计的微结构转移到拉伸的弹性印章上。然后印章被允许松驰，缩小成微结构。这样的允许可通过积极的步骤，且可以通过利用装置或人的帮助来进行。这样的允许也可以被控制，以增加或减小松弛的速度。新的微型化结构然后用作另一个拉伸的弹性体的印章。通过重复本工艺，具有预设计几何结构的原料的图案被微型化到想要的尺寸，包括亚100纳米(sub-100nm)。SCAN的简单化和高产量性能使得这个平台成为有潜力地应用在多路传感器(Suet al.，2003)、非二进制的光学显示(Bao et al.，1999)、生物芯片(Zhu，2003)以及微流控器件(Quake et al.，2000)中的其它微米和纳米光刻技术的有竞争力的替换。
SCAN的微型化原理通过用图1所示的气球模拟来说明，主要步骤通过图2的示意图来说明。高弹性的合成聚合物用作印章，微型化工艺源自于拉伸的衬底中央区的均匀收缩(Russell et al.，2002)。我们注意到合成聚合物仅仅是一种适合用作弹性印章的材料，任何能拉伸和松驰(显示弹性)的材料可以用作弹性印章。制造过程包括：i)在拉伸的橡胶表面上的原始微结构(P1)的设计和生产；ii)利用以下循环实现图案的微型化：松驰拉伸的橡胶形成较小图案P2，然后通过接触转换新结构到另一个拉伸的弹性体上；iii)重复该循环直到获得最终图形尺寸Pn；以及，iv)最后转印图案Pn到希望的表面上。SCAN可以在一维或二维空间实现，这取决于最终产品的几何结构要求。例如，选择一维SCAN工艺用于产生线阵列(例1，图3A、3B、3C和3D)，使用二维SCAN工艺能够制造点阵列(例子3，图5A、5B和5C)。
同其它非常规的光刻技术方法相比较，利用SCAN作为软纳米光刻技术的替换方法有一些优点。SCAN的一个优点是它的简单性。以宏观比例制造结构，然后通过重复材料收缩和材料转移简单地形成最终精细尺寸的结构。因而，SCAN可以在微米或者纳米领域内制造多材料成分。其次，SCAN期望适用各种材料。因为这个工艺一般涉及弹性衬底的机械变形，被图印到这样衬底上的材料不需要特别的热学或光学特性。如此的灵活性尤其有利于制造例如蛋白质(例如抗体)或者DNA的生物材料的微米或纳米阵列。SCAN的另一个优点是成本效率，因为不需要复杂的仪器或者装置。最后，SCAN的图形尺寸微型化与图形密度增加同时实现，我们定义为mX(m＝P1/Pn)技术，与传统的接触光刻技术相比，对于本模铸平台隐含着分辨率和图形密度的相对独立。
按照方程式Pm＝P1x1/Rm描述的，图案尺寸微型化和图案密度增加能够同时取得，这里，P1是最初的尺寸，Pm是在n次收缩之后的最终尺寸，R是在伸长和收缩同样均匀的情况下的伸长比。对于伸长和收缩非均匀的情况下，比率随着区域而改变。
| P1 | R | m | Pm |
| 1mm | 10 | 4 | 100nm |
| 1mm | 4 | 7 | 60nm |
我们预见SCAN在微刻蚀(microwriting)(Hong et al.，1999，Zaugget al.，2003，Sirringhaus et al，2000，和Roth et al.，2004)和微接触光刻技术(Quake et al，2000，Kane et al.，1999，Wilbur et al.，1994，Chou etal.，1996，and Bailey et al.，2002)方面的应用和结合，其保持了这些已经构建很好的显微光刻法的优点，并且可达到的特征尺寸进一步地缩小。
其它的材料例如金属纳米微粒、粉末或者发光纳米微粒可以利用SCAN形成图案。这样的工艺甚至可以结合电/磁场或者激光脉冲(Barron et al.，2004)，去帮助在弹性表面之间的材料转移。除了SCAN的与其它的微米或者纳米制造平台相结合的潜力之外，利用SCAN形成图案的材料阵列会导致本技术大的技术革新。
在工艺中多步的材料转移是不希望的，SCAN的改进不用涉及材料转移的许多步骤，就可以实现微型化。这个方法被定义为改进的分步收缩和吸附纳米光刻技术(mSCAN)，表明了它对于在软光刻技术(Xia et al.，1998)中软模具的制造具有直接重要性。mSCAN是一种可用于高效地实现图案微型化和图案密度的技术。类似于SCAN工艺，这个技术可利用弹性垫的伸缩。类似于软光刻技术，由mSCAN平台制造的模具能被用于以进一步缩小的图案尺寸和增加的图案密度来印刷各种材料。
如例5所述，一种可收缩的弹性模具从线宽1.5μm的硅模浇铸而成。其结果，在新模具上的线特征从母硅模的1.5μm减少到240nm.。除具有SCAN平台的优点之外，mSCAN避免了在SCAN中材料粘弹性的调整，并且具有高产量和高精确度的额外优点。
同时值得注意的是在进行mSCAN工艺之后，在制造的弹性模具表面上出现了″波″。我们归因于模具的双层结构，即PDMS衬底/PDMS模具是这样的″波″形成的原因。在拉伸的弹性体的松弛中，x方向的长度缩小总是伴有z和y方向的伸长(Russell et al.，2002)。并且当这样的弹性体脱离任何界面物质的附着时，在表面上没有″波″预期发生。然而，当另外的介质覆盖该拉伸的弹性体时，该介质极大地抑制了衬底的垂直变形(z方向)，从而导致在z方向周期性的高度变化，这就形成了波(Volynskii et al.，1999，Volynskii et al，2000)。这个过程通过图11的示意能更清楚地显示，该波的波长可以是由下列方程式描述的半定量(Volynskii et al.，1999 and 2000)：
其中，h表示覆盖弹性体层的厚度，υ表示泊松率，E1和E分别表示覆盖层和衬底的杨式模量。明显地，波长可以通过改变覆盖层的厚度来调节。这个关系式在图12中论证，其中，具有锥形结构的PDMS覆盖层被涂在拉伸的PDMS衬底上。衬底的松弛导致覆盖层上不同波长的波。图13A和13B显示这些波的波形图像，并且波长实际上依赖于覆盖层的厚度。此外，如果覆盖层不是由均匀层组成的，而是由具有高度差的层例如图8所示的格栅模具组成，覆盖层厚度的精细控制是必要的，并且可以利用前述的原理去最小化波对格栅线特征的影响。通常，h可以被调节，以使形成关系式：λ＞＞格栅线的间距尺寸。
在本申请实施例技术中使用的弹性体可以是任何具有足够弹性的材料。一些非限制的弹性体例子包括具有和不具有表面改良的橡胶、聚二甲基硅氧烷(poly(dimethylsiloxane))(PDMS)和胶乳(latex)。弹性体可以在1维或2维空间内被伸长或者拉伸。本申请实施例技术可用于制造希望尺寸的微结构，从微米到纳米范围。
本申请实施例技术的弹性体可以包含一种或多种聚合物。弹性体可以包含不同的聚合物。聚合物可以从具有和不具有表面改良的橡胶、聚二甲基硅氧烷(PDMS)和胶乳(latex)中选择。
用于本发明实施例技术中的图案可能是生物材料、纳米微粒、纳米线、纳米管、金属、有机和无机材料、或者复合材料。生物材料可能是核苷酸、缩氨酸、配位体、低聚糖、病毒或者细菌、或者诸如抗体或者抗原的蛋白质。在这里涉及的缩氨酸为两种或更多种氨基酸。图案可通过光刻技术平台制造，例如照相平版印刷术、扫描探针光刻技术、墨喷式印刷、阵列技术、压印光刻技术、射束刻蚀法、粒子光刻技术或者微接触印刷。
在弹性体表面之间图案的转移可以通过外部方法传递，诸如表面化学、表面等离子处理、电场处理或者磁场处理。
本申请也具体表示了本发明的微结构或者纳米结构，这些微结构或纳米结构能被用作诸如显微光刻法或者纳米光刻技术的光刻技术的模具，或者用在光学显示、传感器、生物芯片、微阵列、纳米阵列或流体器件。
本申请也期待用于包含本发明的微结构或者纳米结构的生物或电子器件中。
例1：微型化多成分线阵列
产生多成分微观结构的能力在图3A、3B、3C和3D中说明，其中包含实验装置(图3A)的照片和利用SCAN形成的微型化的多成分线阵列光学显微照片(图3B-D)。实验涉及最初绘制在拉伸的胶乳弹性体102(Pioneer，Pioneer WorldwideTM)表面上的一系列有颜色的线101(图3A)，其线宽度为0.2mm，间隔为1mm。在第一次松弛之后，线宽度缩小到40μm，如图3B所示。如图3C所示，更多循环产生具有10μm的线宽度和45μm的间隔的图案。最终结构(图3D)展现出8μm的宽度和15μm的间隔。实现了25倍线宽度的缩小，实现了从0.2mm减到8μm，并且线密度(线数/英寸或者LPI)增加了80倍，从20LPI(1.2mm/间距)到1700LPI(15μm/间距)。
最初，预想到1维SCAN会沿着拉伸/收缩方向显示出成比例的微型化，因此最后的结构尺寸通过方程式可以被预测：
Pn＝P1XR-n
这里R是每个步骤中弹性衬底的拉伸比。然而图3A、3B、3C和3D形成的结果表明不是如此，25倍的线宽度缩减对比80倍的间隔缩减。要被图案化的材料的粘性(viscosity)影响SCAN的微型化结果。对于溶剂里的固体材料，在图案转移之前溶剂的完全蒸发使图案变得刚硬，因此在有印墨和空白地方呈现非线性和不均匀的收缩。典型地，墨水的收缩率小于空白处橡胶的收缩率。因而需要调节溶剂浓度去达到希望的粘性和硬度。
例2：生物纳米结构的制造
当与其它已经建立的显微光刻技术(Kumar et al.，1 995，Xia et al.，1998，Chou et al.，1996，Bailey et al.，2002)相结合时，SCAN的微型化方式特别有优势。显微光刻法可以被利用产生具有微米级精密和复杂度的原始图案，然后SCAN允许进一步的缩小这些结构到微细加工技术难以达到的尺寸。因此，综合这两个平台能够提供强大的设计和产生纳米结构的方法。图4A和4B说明生物纳米结构的制造，其中1.2nm间距的PDMS模具用来在一块1维拉伸的橡胶(图4A)上模铸牛血清清蛋白(bovine serum albumin(BSA))线阵列。在这个工艺过程中，BSA(10μg/mL)首先涂在具有格栅线特征(300nm的线宽和1.2μm的间距尺寸)的聚二甲基硅氧烷(poly(dimethylsiloxane))(PDMS)印章上。在通过氮气流干燥之后，BSA图案转移到拉伸的热塑性橡胶，形成图4A所示的图案。在弹性体上的拉伸应力释放之后，图案然后转移到云母衬底上，利用AFM显像。拉伸的弹性体的松弛产生由具有90±6nm间距(图4B)的平行线构成的线阵列。类似于影印缩减，原有的缺点诸如不连续或者虚线在微型化(比较图4A和图4B)过程中有效地修复了。不同于影印缩减，在弹性体一个方向的线宽度缩减总是伴随着沿着正交方向图案的伸长(Russell et al.，2002)。
例3：2维SCAN
在二维SCAN中，弹性体在实验平面内沿所有方向均匀地伸长，在印章的中央区域获得均匀的微型化。例如，在五个SCAN周期(图5A、5B和5C)之后产生两种荧光染料的二维点微阵列。原始的点具有0.5±0.1mm的直径和5±1mm的间隔，而最终的点尺寸是10±1μm的直径和25±1μm的间隔。相应地，阵列密度(每平方英寸的点数或者SPSI)增加5次，从25 SPSI(1点/25mm2)到106SPSI(1点/625μm2)。如果使用高质量的喷墨技术(Zaugg et al.，2003或照相平版印刷术(Levenson et al.，1993)用来产生原始图案，微型化的质量能够显著地提高。
例4：生物阵列的制造
SCAN平台对于制造诸如DNA或者蛋白质的生物材料的微米或者纳米阵列来说是足够和缓的，具有高产量和高精确度。例如，图6和7显示了利用SCAN产生的人免疫球蛋白G(IgG)(图6)阵列和两种类型的单链DNA(图7)。
在图6中，未作标记的人类IgG(0.5mg/mLPBS缓冲液，pH 7.0(0.5mg/mL in PBS buffer，pH 7.0))用SCAN(原始尺寸为点直径0.5mm和中心间隔3.5mm，在3次SCAN循环之后最终尺寸为直径59μm和中心间隔130μm)来产生微米尺寸的阵列。该阵列然后在37℃暴露于标记的FITC(绿色荧光，λmax＝543nm)的羊抗人IgG(60mg/L)中30分钟。其表面用PBS彻底地清洗，以使在共焦成像(confocal imaging)之前清理掉任何非特定的粘合物。在图7中利用SCAN(原始尺寸为3mm的中心间隔和0.5mm的点直径，利用两个低聚核苷酸(在SSC缓冲液中15mg/L，PH7.0)：5′-NH2-AAAAAAAAAA ACC CAA CAC TAC TCG-3′(被指定为ssDNA-1)和5′-NH2-AAAAAAAAAA CGA CAG CTG CGA GCC(ssDNA-2)，在2次SCAN循环之后最终尺寸为330μm的中心间隔和80μm的点直径)来产生微结构阵列。该表面然后暴露于一种包含ssDNA-1和ssDNA-2：5′-FAM-CGA GTA GTG TTG GGT-3′(绿色荧光，λmax＝543nm)和5′-TAMRA-GGC TCG CAG CTG TCG-3′(红色荧光，λmax＝640nm)的互补序列的溶液中。该杂化(hybridization)通过二色共焦显微照相显示。
如图6所示，在所述抗体阵列情况下，IgG(IgG)分子能够通过例如荧光标记的羊抗人IgG的专门辅助抗体(specific secondaryantibodies)来辨别。在所述DNA阵列情况下，DNA能够与互补的单链DNA(ssDNA)结合。由于互补的ssDNA具有两个不同的荧光标记(λmax＝640nm和λmax＝543nm)，关于与由SCAN形成的个别ssDNA特征的特定结合或者对由SCAN形成的个别ssDNA特征的识别，显示绿色和红色荧光。
例5：mSCAN
图8说明了通过mSCAN形成可收缩弹性体模具。聚二甲基硅氧烷(Poly(dimethylsiloxane))(PDMS)选用作弹性体，因为其产生的弹性体基底具有良好的弹性并能够伸展3-4次而没有裂缝或断裂。在该mSCAN工艺中，液体PDMS预弹性体(未处理)薄层首先涂敷在拉长的PDMS衬底上，然后形成图案的Si模具接触这个预弹性体(步骤1)。在该工艺中，Si模具用1H，1H，2H，2H-全氟癸基三氯硅烷(1H，1H，2H，2H-perfluorodecyltrichlorosilane)处理，以使在PDMS处理之后具有用来模具释放的低表面能量。在模具和预弹性体之间的紧密接触能够通过施加外压力实现，大约40kPa。随后，整个组合在65℃下烘培120分钟(Xia et al.，1998)，以使完全地处理在Si模具之下的PDMS(步骤2)。最终，硅模具被去掉，然后得到会收缩的弹性体模具(P1)(步骤3)，其中PDMS衬底的松弛能够在横向上压缩模具特征。
在液体PDMS预弹性体的薄层涂敷之前，厚度为0.5mm的PDMS衬底被拉伸4次。在图8中说明了进行的微型化过程，并且在衬底松驰之后产生的图案局部影像(topography image)如图9A和9B所示。图9B的插图说明了硅格栅模具的局部影像，其包括具有1.5μm宽突起底部和中间1.5μm间隔的平坦台(flat plateau)。在弹性体模具中产生硅格栅的底片图案，其中线宽度和线距分别缩减为800nm和400nm(1.2μm的线距尺寸，图4A)。明显地，在该模具不同的弹性体厚度引起在突起和沟之间的不同的横向压缩。
此外，当弹性体模具(P1)进一步地用作模铸平台去替换图8方法中步骤1的Si模具，该模具的特征尺寸连续地缩小，并且相应地，来自Si模具的图案密度以逐步的趋势增加。具体地说，一种由聚丙烯酸(PAA)组成的牺牲模，也就是说，P1的负象复制用于如图8(步骤4-6)所示的这种目的。PAA的热塑性质使它作为形成牺牲模的良好候选，因为(a)在图案复制之后的PAA在玻璃转变温度下(80℃)不容易变形，以及(b)PAA不会强有力地粘附在PDMS表面上。后者性质允许PAA在薄膜铸塑之后容易地从辅助的模具(P1)中去除掉，因而能被用作随后的第三级的模具(P2)铸模。在牺牲模的铸模工艺期间，乙醇(2wt％)中的PAA溶液首先覆盖在P1模具表面上，然后带有P1的负象特征的干净PAA模具在氮气流下再次干燥(步骤4，图1)。类似Si模具的用法，PAA模具用于制作第三级模具(P2)(步骤5，图8)。在释放拉伸衬底的拉伸应力之后，P2横向的松弛缩小了线特征的尺寸，其中线宽度从800nm(1.2μm的线距尺寸，图9B)减少到240nm(500nm的线距尺寸，图4B)。进一步地，通过按照步骤4-6，以P2为基准复制模具也是可能的，并且将缩减图案尺寸到均匀较小的比例。
例6：mSCAN在软光刻方面的应用
类似μCP(微接触印刷)，从mSCAN平台制造的模具能被用于印刷各种带有微型图案尺寸和增加的图案密度的材料。由于PDMS模具和底下的弹性衬底非常薄，一种刚性的载玻片能用于避免在随后的印刷中不希望的变形。值得注意的是，PDMS横向的收缩工艺改变突起的边外形，从方的到圆的。这个特征的一个优点是在随后的接触印刷工艺中能够随着不同的外部的压力调整该模具和衬底的接触面积。结果，能够通过利用如图10A和10B所示同样的弹性模具制造具有不同线宽的蛋白质图案。在这个方案例子的实验中，在液剂(0.1wt％)中的BSA薄层涂敷在P1模具(图9A和B标明的)并通过氮气流干燥。随后，弹性体模具接触Si衬底，然后分别在160kPa和40kPa外部压力下得到宽500nm和200nm的BSA图案。
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Claims (20)
1.一种制造微结构或纳米结构的方法，该方法包括：
获得拉伸的弹性体；
在该拉伸的弹性体上制造图案；
允许该拉伸的弹性体松驰去转换该图案，以产生微结构或纳米结构。
2.一种制造微结构或纳米结构的方法，该方法包括：
a)获得第一个拉伸的弹性体和第二个拉伸的弹性体；
b)在第一个拉伸的弹性体上制造图案；
c)允许第一个拉伸的弹性体松驰而转换图案，以使产生第一个缩小尺寸的图案；
d)转移第一个缩小尺寸的图案到第二个拉伸的弹性体上；以及，
e)允许第二个拉伸的弹性体松驰去转换第一个缩小尺寸的图案，以产生第二个缩小尺寸的图案。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，
该方法还包括利用其它拉伸的弹性体作为第二个拉伸的弹性体的重复步骤d和e，其中，
从步骤e产生的第二个缩小尺寸的图案用作步骤d的第一个缩小尺寸的图案，
并且重复步骤d和e直到产生的第二个缩小尺寸的图案是微结构或纳米结构。
4.一种制造微结构或纳米结构的方法，该方法包括：
a)拉伸第一个弹性体以产生第一个拉伸的弹性体；
b)在第一个拉伸的弹性体上制造图案；
c)允许第一个拉伸的弹性体松驰去转换图案，以产生第一个缩小尺寸的图案；
d)拉伸第二个拉伸的弹性体以产生第二个拉伸的弹性体；
e)转移第一个缩小尺寸的图案到第二个拉伸的弹性体上；
f)允许第二个拉伸的弹性体松驰，转换在第二个拉伸的弹性体上的第一个缩小尺寸的图案，以产生第二个缩小尺寸的图案。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，
该方法还包括利用其它拉伸的弹性体作为第二个弹性体的重复步骤d、e、f，其中，
从步骤f产生的第二个缩小尺寸的图案用作步骤e的第一个缩小尺寸的图案，
重复步骤d、e和f直到产生的第二个缩小尺寸的图案是微结构或纳米结构。
6.根据权利要求1-5所述的方法，其特征在于，
弹性体包括一个或多个聚合体。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，
所述的聚合体从具有和不具有表面改性的橡胶、聚二甲基硅氧烷(Poly(dimethylsiloxane))(PDMS)或胶乳中选择。
8.根据权利要求2-5所述的方法，其特征在于，
弹性体包括不同的聚合体。
9.根据权利要求1-5所述的方法，其特征在于，
所述图案是生物材料、纳米微粒、纳米线、纳米管、金属、有机无机的材料或复合材料。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，
所述生物材料包括缩氨酸、蛋白质、配位体、低聚糖、核苷酸、病毒或细菌。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，
所述生物材料是抗体或抗原。
12.根据权利要求1-5所述的方法，其特征在于，
所述微结构或纳米结构包括用于光刻法的模具。
13.根据权利要求1-5所述的方法，其特征在于，
所述图案通过光刻技术平台制造，
其中，光刻技术平台是照相平版印刷术、扫描探针光刻技术、墨喷式印刷、阵列技术、压印光刻技术、射束刻蚀法、粒子光刻技术或微接触印刷。
14.根据权利要求1-5所述的方法，其特征在于，
所述微结构或纳米结构用于显微光刻技术和纳米光刻技术。
15.根据权利要求1-5所述的方法，其特征在于，
在弹性体表面之间图案的转移通过外部方法传递，
其中所述的外部方法是表面化学、表面等离子体处理、热处理、电场处理或磁场处理。
16.根据权利要求1-5所述的方法，其特征在于，
所述弹性体至少一维拉伸。
17.根据权利要求1-5所述的方法，其特征在于，
所述弹性体至少二维拉伸。
18.一种微结构或纳米结构，利用权利要求1-5所述的方法制造。
19.一种生物医学或电子器件，该器件包括根据权利要求18所述的微结构或纳米结构。
20.根据权利要求1-5所述的方法，其特征在于，
所述微结构或纳米结构用于光学显示、探测器件、生物芯片、微阵列、纳米阵列或流体元件。
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