專利名稱：使用軟光刻法形成納米級(jí)特征的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及軟光刻法，更具體地，涉及使用軟光刻法形成 納米級(jí)特征。
背景技術(shù)：
光刻法被廣泛用于制造電子器件、磁器件、機(jī)械器件、和光學(xué)器 件、以及可用于生物學(xué)和化學(xué)分析的器件。例如，光刻技術(shù)可用于限 定半導(dǎo)體器件中電路元件的特征和/或結(jié)構(gòu)，例如一個(gè)或多個(gè)晶體管、
通路、內(nèi)連線等。再例如，光刻法可用于限定光波導(dǎo)和光學(xué)元件的結(jié) 構(gòu)和/或操作特征。又例如，光刻法可用于形成可用來傳輸流體和為包 括離子分離、反應(yīng)催化等的化學(xué)反應(yīng)和/或分析提供位點(diǎn)的結(jié)構(gòu)。有時(shí)
被稱為"晶片實(shí)驗(yàn)室"的這些結(jié)構(gòu)可用于半導(dǎo)體器件、傳感器、DNA 分離器、分子膜等。
在常規(guī)的投影光刻法中，向襯底表面施加光致抗蝕劑薄層并且使 光致抗蝕劑的選定部分暴露于光圖案。例如，可以使用掩?；蜓诒螌?保護(hù)襯底表面的一些部分免受光源影響。然后可使光致抗蝕劑層顯影， 以使得光致抗蝕劑層的曝光(或未曝光)部分可被蝕刻。常規(guī)光刻法的 分辨率可能被確定達(dá)到相對(duì)高的精確度，這至少部分因?yàn)槌Ｒ?guī)光刻法 采用了邊界清晰的光學(xué)技術(shù)。然而，常規(guī)光刻法的分辨率可能受到光 的波長(zhǎng)、光致抗蝕劑和/或襯底中的散射、光致抗蝕劑層的厚度和/或 性質(zhì)、和其它影響因素限制。因此，使用投影光刻法形成大小(或臨界 尺寸)小于約100納米的特征通常被認(rèn)為是經(jīng)濟(jì)上不可行的。即使忽略 經(jīng)濟(jì)方面的考慮，使用投影光刻法形成大小(或臨界尺寸)小于約45 納米的特征實(shí)際上可能也是不可能的。
下一代光刻法(NGL)例如電子束光刻法、蘸筆光刻法、和各種納米 壓印技術(shù)也可用于形成結(jié)構(gòu)。例如，電子束方法可用于通過將被稱為光刻膠的聚合物暴露于短波長(zhǎng)紫外輻射或電子束而在其中產(chǎn)生圖案。 暴露于成像輻射改變了聚合物的溶解度，以使得可以用溶劑除去聚合
物膜的膝光部分。然而，使用這些技術(shù)生產(chǎn)尺寸小于100nm的結(jié)構(gòu)的 成本高并且只能使用非常特殊的成像工具和材料才能實(shí)施。因此，使 用這些技術(shù)大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)器件被認(rèn)為是經(jīng)濟(jì)上不可行的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及解決一個(gè)或多個(gè)上述問題的影響。以下提供發(fā)明的簡(jiǎn) 單概述，以便提供對(duì)本發(fā)明的一些方面的基本理解。這種概述不是本 發(fā)明的詳盡綜述。其不存在揭示本發(fā)明的關(guān)鍵或決定性要素，也不旨 在描述本發(fā)明的范圍。其唯一的目的在于提供簡(jiǎn)化形式的某些概念， 作為隨后討論的更詳細(xì)說明的序言。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，提供了使用軟光刻法形成分子膜的 方法。該方法包括在可模塑的聚合物組合物中形成具有至少一個(gè)納米 級(jí)特征的圖案，和將所述圖案的至少一部分配置成與第一襯底鄰近。


可以通過以下描述結(jié)合附圖理解本發(fā)明，其中相同的參考數(shù)字表 示相同的元件，其中
圖1在概念上說明了根據(jù)本發(fā)明使用軟光刻法形成分子膜的技術(shù) 的一個(gè)示例性實(shí)施方案；
圖2在概念上說明了根據(jù)本發(fā)明用于驅(qū)動(dòng)流體通過分子膜的器件 的一個(gè)示例性實(shí)施方案；和
圖3表示根據(jù)本發(fā)明的分子膜和兩個(gè)微通道的熒光圖像。
盡管本發(fā)明可以有多種變換和替代方式，但是其特定的實(shí)施方案 和方法已經(jīng)在附圖中示范性地顯示，并且在本文中有詳細(xì)描述。然而， 應(yīng)該理解，本文中對(duì)特定實(shí)施方案的描述不是意在將本發(fā)明限制于所 公開的具體形式，相反地，目的在于涵蓋落入所附權(quán)利要求限定的本 發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)和范圍內(nèi)的所有變體、等價(jià)方式和備選方案。
發(fā)明詳述
以下描述本發(fā)明的說明性實(shí)施方案。為了清楚，本說明書中沒有描述實(shí)際執(zhí)行過程的所有特征。當(dāng)然，應(yīng)該理解，在開發(fā)任何這種實(shí) 際的實(shí)施方案時(shí)，需要作出許多與執(zhí)行過程特異性相關(guān)的決定來實(shí)現(xiàn) 開發(fā)者的特定目標(biāo)，例如符合系統(tǒng)相關(guān)的和商業(yè)相關(guān)的約束條件，其 隨執(zhí)行過程的不同而不同。此外，應(yīng)該理解，這種開發(fā)工作可能是復(fù) 雜和費(fèi)時(shí)的，但是對(duì)于本公開所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員來說仍然常規(guī) 的工作。
現(xiàn)在參考附圖描述本發(fā)明。在附圖中示意性地描述各種結(jié)構(gòu)、系 統(tǒng)和器件僅出于說明的目的，以便不會(huì)因本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的細(xì)節(jié) 使本發(fā)明變得難以理解。然而，包括附圖是用來描述和說明本發(fā)明的 示例性實(shí)例。本文中使用的詞匯和短語應(yīng)該被理解和解釋為具有與本 領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的那些詞匯和短語一致的含義。本文中的術(shù)語或 短語的一貫用法不旨在暗示該術(shù)語或短語的特殊定義，即與本領(lǐng)域技 術(shù)人員理解的普通和通常的含義不同的定義。就術(shù)語或短語意在具體 特殊含義而言，即與本領(lǐng)域技術(shù)人員的理解不同的含義，這種特殊的 定義會(huì)以直接和明確提供該術(shù)語或短語的特殊含義的定義方式在說明 書中予以清楚地闡述。
圖1在概念上說明了使用軟光刻法形成包括納米級(jí)特征105的分 子膜的技術(shù)100的一個(gè)示例性實(shí)施方案。在該說明性實(shí)施方案中，在 襯底110上或與襯底110鄰近形成一個(gè)或多個(gè)納米級(jí)特征105。如本 文中使用的，術(shù)語"納米級(jí)"應(yīng)該理解為是指其特征在于至少一個(gè)長(zhǎng) 度尺度小于約200 nm的特征。在一個(gè)實(shí)施方案中，納米級(jí)特征的長(zhǎng)度 尺度小于約100nm。例如，納米級(jí)特征105可具有至少一個(gè)最大為約 5 nm的長(zhǎng)度尺度。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，納米級(jí)特征105 還可以通過基本上大于100 nm的其它長(zhǎng)度尺度來表征。例如，具有圓 柱幾何形狀的納米級(jí)特征105可具有最大為約5 nm的直徑和基本上大 于200 nm的與圓柱軸平行的長(zhǎng)度尺度。
在一個(gè)實(shí)施方案中，村底110是硅片，納米級(jí)特征105是單壁碳 納米管(SWNT)。襯底110還可以包括在硅片上形成的二氧化硅(Si02) 層(未示出)，以促進(jìn)SWNT 105的粘附和形成。襯底110優(yōu)選包括小直徑SWNT105的高質(zhì)量亞單層，其用作可以構(gòu)造納米模(nanomold)的 模板。SWNT 105的圓柱形截面和高長(zhǎng)徑比、它們長(zhǎng)達(dá)多個(gè)微米的尺寸 的原子尺度均勻性、它們的化學(xué)惰性和在多種襯底上于大面積內(nèi)大量 使其生長(zhǎng)或沉積的能力使得SWNT 105適合用于本發(fā)明的方法。然而， 本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，襯底IIO和納米級(jí)特征105不是必須分別 由硅和單壁納米管形成，并且在可供選擇的實(shí)施方案中，襯底110和/ 或納米級(jí)特征105可使用任何材料形成。例如，可以使用雙壁納米管、 納米線、電子束蝕刻特征、特意組織的結(jié)構(gòu)(purposefully organized structures)等形成納米級(jí)特征105。
可使用相對(duì)高濃度的鐵蛋白催化劑用基于曱烷的化學(xué)氣相沉積法 形成SWNT 105。形成的SWNT 105可具有最大為約10 mn的直徑，優(yōu) 選具有最大為約5nm的直徑和在Si02/Si片上的1-10管/m2的覆蓋率。 管直徑的連續(xù)范圍和它們相對(duì)高(除亞單層以外)的覆蓋率使得它們對(duì) 于評(píng)價(jià)分辨率極限或尺寸極限是理想的。SWNT 105的圓柱幾何形狀允 許簡(jiǎn)單地通過原子力顯微鏡(AFM)測(cè)量它們的高度而表征它們的尺寸。 SWNT 105通過范德瓦耳斯粘合力與Si02/Sill0襯底結(jié)合，所述粘合力 使SWNT 105以充分的強(qiáng)度與襯底110結(jié)合，以防止它們?cè)趧冸x固化的 聚合物模時(shí)的移動(dòng)，如以下更詳細(xì)地討論的。優(yōu)選地，SWNT105在大 的區(qū)域上沒有聚合物殘留，以允許復(fù)制在襯底110上形成的高分辨率 特征。無聚合物殘留可表明模具沒有污染主片，因此模具中的特征是 由于真正的復(fù)制而不是材料破損而形成的。任選地，在第一村底上形 成的SWNT 105可以包括施加在其上的硅烷層，用于起到脫模劑的作用， 從而防止粘附用于形成襯底110的模具的聚合物。
在說明性實(shí)施方案中，另外在襯底110上或與村底110鄰近形成 一個(gè)或多個(gè)微米級(jí)特征115。如本文中使用的，術(shù)語"微米級(jí)，，應(yīng)該 理解為是指其特征在于至少一個(gè)長(zhǎng)度尺度大于約200 nm的特征。例如， 微米級(jí)特征115可以是約30微米寬和11微米高的微通道。在一個(gè)實(shí) 施方案中，微米級(jí)特征115形成為與至少一些納米級(jí)特征105接觸， 使得使用納米級(jí)特征105和微米級(jí)特征110形成的模具可以用于傳輸流體，如以下詳細(xì)討論的。襯底110還可以包括配置在襯底110中、 配置在襯底110上、或配置成與襯底110鄰近的其它材料，例如通過
電子束光刻法或x射線光刻法制成的模具、塑料片上的生物材料等等。
可以對(duì)襯底110、納米級(jí)特征105和(如果存在)微米級(jí)特征115 澆鑄一種或多種可固化組合物并且使其(完全或部分)固化，以形成模 具120。在一個(gè)實(shí)施方案中，模具120是復(fù)合模具，其具有多個(gè)固化 的(交聯(lián)的)聚合物層125、 130。抵靠襯底IIO形成的第一層125可以
的具有相對(duì)較高模量(~ 10 MPa)的彈性體(即，交聯(lián)聚合物)。通過使 包含硅氧烷的可固化組合物(完全或部分)固化形成的高模量彈性體 (即，交聯(lián)聚合物)可稱為h-PDMS。然而，掌握本公開的本領(lǐng)域技術(shù)人 員應(yīng)該理解，在可供選擇的實(shí)施方案中，可以使用多種不同的方法制 備可固化組合物，包括使用具有例如環(huán)氧基、乙烯基、羥基官能團(tuán)的 含硅的單體或聚合物。在一個(gè)實(shí)施方案中，可以通過將乙烯基官能的
硅氧烷和催化劑混合而制備可固化組合物。然后，可加入氫化官能的 硅氧烷并且混合，以形成包含硅氧烷的可固化組合物?？晒袒M合物 可以通過將可固化組合物旋轉(zhuǎn)-澆鑄或另外地沉積在襯底110上進(jìn)行澆鑄。
在說明性實(shí)施方案中，通過例如加熱可固化組合物使所述可固化 組合物部分固化。在一個(gè)實(shí)施方案中，催化劑可誘導(dǎo)SiH鍵遇到可固 化組合物中的乙烯基而加成，從而形成SiCHfCH廠Si鍵(也稱為氫化硅 烷化)。在可固化組合物中至少一個(gè)具有多個(gè)反應(yīng)位點(diǎn)的部分的存在允 許進(jìn)行3D交聯(lián)，所述3D交聯(lián)可抑制成鍵原子之間的相對(duì)移動(dòng)。可以 使可固化組合物流到主片的浮雕結(jié)構(gòu)中，然后使可固化組合物經(jīng)歷將 誘導(dǎo)交聯(lián)的條件。于是硅氧烷主鏈的順應(yīng)性可以允許復(fù)制細(xì)微特征， 例如納米級(jí)特征105和/或微米級(jí)特征115。
然后可以與完全或部分固化的h-PDMS層125的后表面鄰近而形成 任選的第二聚合物130。在一個(gè)實(shí)施方案中，與部分固化的h-PDMS層 125鄰近形成物理上堅(jiān)韌的、較低模量的彈性體(s-PDMS)層130，以使得模具120相對(duì)易于操縱。例如，可通過澆鑄可固化組合物例如 Sylgard 184并且將其固化來形成s-PDMS層130，其中Sylgard 184 可購(gòu)自Dow Corning Corporation。在形成s-PDMS層130之后，可以 使襯底110上的多個(gè)聚合物層125、 130完全固化，以形成復(fù)合模具 120。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，第二層130是任選的并且可能 在一些可供選擇的實(shí)施方案中不包括第二層130。
盡管上述的實(shí)施方案利用包含硅氧烷的可固化組合物來形成 h-PDMS和s-PDMS彈性體，但是掌握本公開的本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理 解，本發(fā)明不限于使用這些可固化組合物形成模具120。在可供選擇 的實(shí)施方案中，可使用形成可模塑聚合物的可固化聚醚組合物形成模 具120?？晒袒勖呀M合物的實(shí)例包括但不限于可固化的多氟化聚醚 組合物等。在其它可供選擇的實(shí)施方案中，可使用可固化的或不可固 化的樹脂形成模具120。
還可使用形成可模塑聚合物的其它可固化硅氧烷組合物形成模具 120。可固化硅氧烷組合物的實(shí)例包括但不限于可氫化硅烷化固化的硅 氧烷組合物、過氧化物可固化的硅氧烷組合物、可縮合固化的硅氧烷 組合物、環(huán)氧化物可固化的硅氧烷組合物；可紫外輻射固化的硅氧烷 組合物、和可高能輻射固化的硅氧烷組合物。在其它實(shí)施方案中，包 含有機(jī)聚合物和硅氧烷聚合物的共聚物的雜化聚合物可與可固化位點(diǎn) 組合使用，或者通過利用具有高玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的聚合物而使用。
可固化的硅氧烷組合物和它們的制備方法是本領(lǐng)域中公知的。例 如，適合的可氫化硅烷化固化的硅氧烷組合物典型地包含(i)每分子含 有平均至少兩個(gè)與硅鍵合的烯基的有機(jī)基聚硅氧烷、(U)其量足以固 化所述組合物的每分子含有平均至少兩個(gè)與硅鍵合的氫原子的有機(jī)氫 硅氧烷、和(iii)氫化硅烷化催化劑。氫化硅烷化催化劑可以是任何公 知的氫化硅烷化催化劑，包括鉑族金屬、含鉑族金屬的化合物、或微 嚢化的含鉑族金屬的催化劑。鉑族金屬包括鉑、銠、釕、鈀、鋨和銥。 優(yōu)選地，鉑族金屬是鉑，這是由于其在氫化硅烷化反應(yīng)中的高活性。
可氫化硅烷化固化的硅氧烷組合物可以是單部分組合物或是在兩個(gè)或更多部分中包含所述組分的多部分組合物?？墒覝亓蚧?RTV)的組 合物典型地包括兩個(gè)部分， 一部分包含有機(jī)基聚硅氧烷和催化劑，另 一部分包含有機(jī)氫硅氧烷和任何任選的成分。在升高的溫度下固化的 可氫化硅烷化固化的硅氧烷組合物可以配制為單部分組合物或多部分 組合物。例如，液體硅橡膠(LSR)組合物典型地配置成兩部分體系。單 部分組合物典型地包含鉑催化劑抑制劑，以保證足夠的儲(chǔ)存期限。
適合的過氧化物可固化的硅氧烷組合物典型地包含(i)有機(jī)基聚 硅氧烷和(i i)有機(jī)過氧化物。有機(jī)過氧化物的實(shí)例包括二芳?；^氧 化物，例如過氧化二苯甲酰、二對(duì)氟苯甲酰過氧化物、和雙-2，4-二氯 苯甲酰過氧化物；二烷基過氧化物，例如過氧化二叔丁基、2，5-二甲 基-2，5-二(叔丁基過氧基)己烷；二芳烷基過氧化物，例如過氧化二異 丙苯；烷基芳烷基過氧化物，例如過氧化叔丁基異丙苯和1，4-雙(叔 丁基過氧基異丙基)苯；和烷基芳酰基過氧化物，例如過苯甲酸叔丁酯、 過醋酸ik丁酯、和過辛酸叔丁酯。
可縮合固化的硅氧烷組合物典型地包含(i)每分子含有平均至少 兩個(gè)羥基的有機(jī)基聚硅氧烷；和(ii)含有可水解的Si-0或Si-N鍵的 三或四官能的硅烷。硅烷的實(shí)例包括烷氧基硅烷，例如CH3Si (OCH3)3、 CH3Si (OCH2CH3)3 、 CH3Si (OCH2CH2CH3)3 、 CH3Si
3 、 CH3CH2S"OCH2CH3)3、 C6H5Si (0CH3) 3、 C6H5CH2S"OCH3) 3、 C6H5S"OCH2CH3) 3、 CH2=CHS i (0CH3) 3 、 CH2=CHCH2S i (0CH3) 3 、 CF3CH2CH2S i (0CH3) 3 、 CH3S i (OCH2CH2OCH3) 3 、 CF3CH2CH2S i (OCH2CH2OCH3) 3 、
CH2=CHS i (OCH2CH2OCH3) 3 、 CH2=CHCH2S i (OCH2CH2OCH3) 3 、
C6H5Si (OCH2CH2OCH3)3、 Si(OCH3)4、 Si(OC2H5)4、和Si(OC3H )4;有才幾乙酰 氧基硅烷，例如 CH3Si (OCOCH3)3 、 CH3CH2Si(OCOCH3)3 、 和 CH2=CHSi (OCOCH3)3 ; 有機(jī)亞胺基氧基硅烷，例如 CH3Si
3 、 Si
4 、 和 CH尸CHSi
3 ; 有機(jī)乙酰胺基硅烷，例如 CH3Si[NHC(=0)CH3]3和 C6H5Si [NHC(=0)CH3]3;氨基硅烷，例如 CH3Si [NH(s-C4H,)]3和CH3Si (NHC6Hn) 3;和有機(jī)氨基氧基硅烷。可縮合固化的硅氧烷組合物還可以包含縮合催化劑來引發(fā)和促進(jìn)
縮合反應(yīng)。縮合催化劑的實(shí)例包括但不限于胺；鉛、錫、鋅、和鐵與 羧酸類的復(fù)合物。特別有用的是錫(II)的辛酸鹽、月桂酸鹽、和油酸 鹽，以及二丁基錫的所述鹽?？煽s合固化的硅氧烷組合物可以是單部
例如，可室溫石克化(RTV)的組合物可以配制為單部分組合物或兩部分組 合物。在兩部分組合物中，有一個(gè)部分典型地包含少量水。
適合的環(huán)氧化物可固化的硅氧烷組合物典型地包含(i)每分子含 有平均至少兩個(gè)環(huán)氧基官能團(tuán)的有機(jī)基聚硅氧烷和(ii)固化劑。環(huán)氧 基官能團(tuán)的實(shí)例包括2-縮水甘油氧基乙基、3-縮水甘油氧基丙基、4-縮水甘油氧基丁基、2， (3,4-環(huán)氧環(huán)己基)乙基、3-(3，4-環(huán)氧環(huán)己基) 丙基、2，3-環(huán)氧丙基、3，4-環(huán)氧丁基、和4，5-環(huán)氧戊基。固化劑的實(shí) 例包括酸酐，例如鄰苯二甲酸酐、六氫鄰苯二甲酸酐、四氫鄰苯二甲 酸酐、和十二烯基琥珀酸酐；多聚胺，例如二亞乙基三胺、三亞乙基 四胺、二亞乙基丙胺、N-(2-羥基乙基)二亞乙基三胺、N，N'-二(2-羥 基乙基)二亞乙基三胺、間苯二胺、亞甲基二苯胺、氨基乙基哌嗪、4， 4-二氨基二苯基砜、芳基二甲基胺、雙氰胺、和2-甲基咪唑、和三乙胺； 路易斯酸，例如三氟化硼單乙胺；聚羧酸；聚硫醇；聚酰胺；和酰胺-胺(amidoamine)。
適合的可紫外輻射固化的硅氧烷組合物典型地包含(O含有對(duì)輻 射敏感的官能團(tuán)的有機(jī)基聚硅氧烷和(i i)光引發(fā)劑。對(duì)輻射敏感的官 能團(tuán)的實(shí)例包括丙烯酰基、甲基丙烯?；?、巰基、環(huán)氧基、和烯基醚 基團(tuán)。光引發(fā)劑的類型取決于有機(jī)基聚硅氧烷中對(duì)輻射敏感的基團(tuán)的 性質(zhì)。光引發(fā)劑的實(shí)例包括二芳基碟総鹽、锍鹽、苯乙酮、二苯甲酮、 和苯偶姻及其衍生物。
適合的可高能輻射固化的硅氧烷組合物包含有機(jī)基聚硅氧烷聚合 物。有機(jī)基聚硅氧烷聚合物的實(shí)例包括聚二甲基硅氧烷、聚(甲基乙烯 基硅氧烷)、和有機(jī)氫聚硅氧烷。高能輻射的實(shí)例包括Y-射線和電子 束。本發(fā)明的可固化的硅氧烷組合物可以包含其它成分。其它成分的 實(shí)例包括但不限于增粘劑、溶劑、無機(jī)填料、光敏劑、抗氧化劑、穩(wěn) 定劑、顏料、和表面活性劑。無機(jī)填料的實(shí)例包括但不限于天然的二
氧化硅，例如結(jié)晶二氧化硅、研磨的結(jié)晶二氧化硅、和硅藻土；合成 的二氧化硅，例如熔融石英、硅膠、熱解二氧化硅、和沉淀二氧化硅； 硅酸鹽，例如云母、鉤硅石、長(zhǎng)石和霞石正長(zhǎng)巖；金屬氧化物，例如 氧化鋁、二氧化鈦、氧化鎂、氧化鐵、氧化鈹、氧化鉻、和氧化鋅； 金屬氮化物，例如氮化硼、氮化硅、和氮化鋁；金屬碳化物，例如碳 化硼、碳化鈦、和碳化硅；炭黑；堿土金屬碳酸鹽，例如碳酸铞；堿 土金屬硫酸鹽，例如硫酸釣、硫酸鎂、和硫酸鋇；二硫酸鉬；石克酸鋅； 高呤土；滑石粉；玻璃纖維；玻璃珠，例如空心玻璃微珠和固態(tài)玻璃 微球；三水合鋁；石棉；和金屬粉末，例如鋁粉、銅粉、鎳粉、鐵粉、 和銀粉。
硅氧烷組合物可以通過暴露于環(huán)境溫度、升高的溫度、濕分、或 輻射而固化，這取決于具體的固化原理。例如，單部分的可氫化硅烷 化固化的硅氧烷組合物典型地在升高的溫度下固化。兩部分的可氫化 硅烷化固化的硅氧烷組合物典型地在室溫或升高的溫度下固化。單部 分的可縮合固化的硅氧烷組合物典型地通過在室溫下暴露于大氣濕分 而固化，不過可以通過進(jìn)行加熱和/或暴露于高濕度來促進(jìn)固化。兩部 分的可縮合固化的硅氧烷組合物典型地在室溫下固化；然而，可以通 過進(jìn)行加熱促進(jìn)固化。過氧化物可固化的硅氧烷組合物典型地在升高 的溫度下固化。環(huán)氧化物可固化的硅氧烷組合物典型地在室溫或升高 的溫度下固化。取決于具體的配方，可輻射固化的硅氧烷組合物典型 地通過暴露于輻射而固化，所述輻射例如紫外光、Y射線、或電子束。
在固化或部分固化之后，可以將模具從襯底110上取走。在 說明性實(shí)施方案中，模具120包括在襯底110上形成的與納米級(jí)特征 105相對(duì)應(yīng)的分子膜135。因此，分子膜135包括一個(gè)或多個(gè)納米級(jí)特 征。模具120還可以包括一個(gè)或多個(gè)微通道140、 l45,其與在襯底110 上形成的微米級(jí)特征115相對(duì)應(yīng)。在一個(gè)實(shí)施方案中，與分子膜135鄰近形成微通道140、 145以使得液體可以通過分子膜135而在微通道 140、 145之間流動(dòng)。
在從襯底110上取走之后，可以將模具120置于表面150的上方。 在一個(gè)實(shí)施方案中，表面150是硅片的平坦表面。例如，表面150可 以在與模具120相關(guān)的特征長(zhǎng)度尺度上是平坦的，所述特征長(zhǎng)度尺度 例如用于形成納米級(jí)特征105的一個(gè)或多個(gè)單壁納米管的特征長(zhǎng)度。 然而，掌握本公開的本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，表面150不必須是平 坦的。在可供選擇的實(shí)施方案中，表面150的多個(gè)部分可以是彎曲的， 例如，在比一個(gè)或多個(gè)納米級(jí)特征105的特征長(zhǎng)度相對(duì)小的長(zhǎng)度尺度 上是彎曲的。此外，表面15G的組成是設(shè)計(jì)選擇的問題，不是本發(fā)明 的實(shí)質(zhì)性內(nèi)容。在可供選擇的實(shí)施方案中，可以使用由任何材料形成 的任何合適的表面150。
模具120可以粘附于表面150，使得分子膜135和/或微通道140、 145中的任何液體被基本上限制為保持在分子膜135和/或微通道140、 145內(nèi)。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，此處使用的術(shù)語"基本上限制" 是表示可能難以或不可能阻止分子膜135和/或微通道H0、 l45中的 全部液體流出，因此分子膜135和/或微通道140、 145內(nèi)的一部分液 體可能從分子膜135和/或微通道140、 145流出。然而，當(dāng)液體被基 本上限制為保持在分子膜135和/或微通道140、 145內(nèi)時(shí)，大部分液 體保持在分子膜135和/或微通道140、 145中。
可以在微通道140、145的一個(gè)或多個(gè)部分上方開設(shè)一個(gè)或多個(gè)端 口窗155。例如，端口窗155可以開在樣t通道140、 l"的端部上方， 以允許將流體注入到微通道140、 l45中或從中取出。可以使用任何所 希望的技術(shù)開設(shè)端口窗155，包括將模具120的一部分蝕刻掉。掌握 本公開的本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，端口窗155的尺寸是設(shè)計(jì)選擇的 問題，不是本發(fā)明的實(shí)質(zhì)性內(nèi)容。作為一個(gè)實(shí)例，端口窗155的尺寸 可以與微通道140、 145的一部分的一個(gè)或多個(gè)尺寸相對(duì)應(yīng)。在一個(gè)實(shí) 施方案中，可以向一個(gè)或多個(gè)端口窗155提供流體，并且多份流體可 以通過微通道140被引入到分子膜135中、引入微通道145中，然后通過相關(guān)的端口窗取出，如以下詳細(xì)討論的。
圖2在概念上說明了用于驅(qū)動(dòng)液體通過分子膜205的器件200的 一個(gè)示例性實(shí)施方案。在說明性實(shí)施方案中，分子膜205包括根據(jù)上 述技術(shù)形成的納米級(jí)結(jié)構(gòu)?？梢詫⒘黧w儲(chǔ)存在j^液器210(1-4)中并且 提供給分子膜205或從中取出。在說明性實(shí)施方案中，可以在貯液器 210(1-2)和j^液器210(3-4)之間施加電壓215。施加的電壓215可以 驅(qū)動(dòng)流體從貯液器210(1-2)，通過端口窗220，并且進(jìn)入微通道225。 然后多份流體可以通過分子膜205，進(jìn)入微通道230，并且繼續(xù)前進(jìn)， 通過端口窗235進(jìn)入貯液器210(3-4)。例如，可以通過施加的電壓215 使得質(zhì)子(即，H+離子)遷移通過分子膜205。 .
圖3表示分子膜300和兩個(gè)微通道305 (1-2)的熒光圖像。在說明 性實(shí)施方案中，使用通過對(duì)單壁碳納米管澆鑄PDMS聚合物并且使其固 化而產(chǎn)生的印模(stamp)形成分子膜300和微通道305 (1-2)。微通道 305 (l-2)填充有含0. 01 nM Snarf-1溶液和5 0mM磷酸鹽緩沖鹽水(PBS) 的緩沖溶液。在微通道305 (1-2)之間施加電壓，以驅(qū)動(dòng)質(zhì)子通過分子 膜300。變化的焚光水平表示質(zhì)子已經(jīng)從微通道305 (1)被傳輸通過分 子膜3QG,并且進(jìn)入微通道305 (2)。
盡管圖2和3在概念上說明了可用于穿過包括納米級(jí)特征的分子 膜傳輸流體的納米流體通道，但是本發(fā)明不限于形成納米流體通道。 掌握本公開的本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，用于在可模塑的聚合物組合 物中形成納米級(jí)特征、然后將固化的聚合物或彈性體布置在襯底和/ 或表面上的技術(shù)的實(shí)施方案可用于多種場(chǎng)合。在不同的實(shí)施方案中， 可以利用包括納米級(jí)特征的可模塑的聚合物組合物傳輸流體和/或?yàn)?包括離子分離、反應(yīng)催化等的化學(xué)反應(yīng)和/或分析提供位點(diǎn)。例如，包 括納米級(jí)特征的固化聚合物可用于形成晶片實(shí)驗(yàn)室型器件，其可用作 半導(dǎo)體器件、傳感器、DNA分離器等的組成部分。
上述公開的具體實(shí)施方案只是說明性的，因?yàn)楸景l(fā)明可以以不同 但是等價(jià)的方式進(jìn)行變換和實(shí)踐，這對(duì)于掌握了本文教導(dǎo)的本領(lǐng)域技 術(shù)人員來說是顯而易見的。此外，不打算對(duì)本文所示的結(jié)構(gòu)或設(shè)計(jì)方案的細(xì)節(jié)進(jìn)行限制，除了在以下權(quán)利要求中的描述之外。因此，顯然 可以對(duì)上述^^開的具體實(shí)施方案進(jìn)行改動(dòng)或變換，并且所有這種變化 方式都被認(rèn)為落入本發(fā)明的范圍和精神實(shí)質(zhì)內(nèi)。因此，本文所要保護(hù) 的內(nèi)容如所附權(quán)利要求所述。
權(quán)利要求
1.一種方法，其包括在可模塑的聚合物組合物中形成包括至少一個(gè)納米級(jí)特征的圖案，和將所述圖案的至少一部分配置成與第一襯底鄰近。
2. 權(quán)利要求1的方法，其中形成包括所述至少一個(gè)納米級(jí)特征的 圖案包括在第二襯底上形成至少一個(gè)納米級(jí)特征。
3. 權(quán)利要求2的方法，其中在第二襯底上形成所述至少一個(gè)納米 級(jí)特征包括在第二襯底上形成至少一個(gè)單壁碳納米管。
4. 權(quán)利要求2的方法，其中形成所述圖案包括對(duì)第二襯底澆鑄第 一可固化組合物。
5. 權(quán)利要求4的方法，其中對(duì)第二襯底澆鑄第一可固化組合物包 括對(duì)第二襯底澆鑄包含硅氧烷的第 一可固化組合物。
6. 權(quán)利要求4的方法，其中形成所述圖案包括使第一可固化組合 物至少部分固化。
7. 權(quán)利要求4的方法，其中形成所述圖案包括對(duì)所述至少部分固 化的第 一可固化組合物澆鑄第二可固化組合物。
8. 權(quán)利要求7的方法，其中對(duì)所述至少部分固化的第一可固化組 合物澆鑄第二可固化組合物包括對(duì)所述至少部分固化的第 一可固化組 合物澆鑄包含硅氧烷的第二可固化組合物。
9. 權(quán)利要求7的方法，其中形成所述圖案包括使第一和第二可固 化組合物固化。
10. 權(quán)利要求l的方法，其中形成所述圖案包括形成與所述至少 一個(gè)納米級(jí)特征接近的至少一個(gè)微米級(jí)特征。
11. 權(quán)利要求10的方法，其中形成所述圖案包括形成與所述至少 一個(gè)納米級(jí)特征接近的所述至少一個(gè)微米級(jí)特征，以使得流體能夠從所述至少一個(gè)微米級(jí)特征流到所述至少一個(gè)納米級(jí)特征。
12. 權(quán)利要求10的方法，其中形成所述至少一個(gè)微米級(jí)特征包括形成至少一個(gè)微通道。
13.權(quán)利要求10的方法，其中形成所述至少一個(gè)微米級(jí)特征包括 在第二襯底上形成至少一個(gè)微米級(jí)特征。
14.權(quán)利要求l的方法，其中將圖案的所述部分配置成與第一襯 底鄰近包括將圖案從第二襯底上取走并將圖案的所述部分配置成與第 一襯底鄰近。
15. 權(quán)利要求l4的方法，其中將圖案的所述部分配置成與第一襯 底鄰近包括將圖案的所述部分配置成與第一襯底鄰近，以使得流體被 基本上限制為在該圖案內(nèi)流動(dòng)。
16. —種裝置，其包括 第一襯底；和 在可模塑的聚合物組合物中包括至少一個(gè)納米級(jí)特征的圖案，所 述圖案被配置成與第一襯底鄰近。
17. 權(quán)利要求16的裝置，其中所述至少一個(gè)納米級(jí)特征與在第二 襯底上形成的至少一個(gè)單壁碳納米管相對(duì)應(yīng)。
18. 權(quán)利要求17的裝置，其中所述圖案包括第一固化的組合物。
19. 權(quán)利要求18的裝置，其中所述第一固化的組合物包含 h-PDMS。
20.
21. 權(quán)利要求18的裝置，其中所述圖案包括第二固化的組合物。
22. 權(quán)利要求21的裝置，其中所述第二固化的組合物包含 s-PDMS。
23. 權(quán)利要求16的裝置，其中所述圖案包括與所述至少一個(gè)納米 級(jí)特征鄰近的至少一個(gè)微米級(jí)特征。
24. 權(quán)利要求23的裝置，其中所述圖案包括與所述至少一個(gè)納米 級(jí)特征鄰近的所述至少一個(gè)微米級(jí)特征，以使得流體能夠從所述至少 一個(gè)微米級(jí)特征流到所述至少一個(gè)納米級(jí)特征。
25. 權(quán)利要求23的裝置，其中所述至少一個(gè)微米級(jí)特征包括至少 一個(gè)微通道。
26. 權(quán)利要求16的裝置，其中所述圖案被配置成與第一襯底鄰近，以使得流體被基本上限制為在該圖案內(nèi)流動(dòng)。
27. 流體傳輸系統(tǒng)，其包括 第一襯底；在可模塑的聚合物組合物中包括至少一個(gè)納米級(jí)特征的分子膜， 所述分子膜被配置成與第一襯底鄰近；和用于為分子膜提供流體的多個(gè)微米級(jí)通道。
28. 權(quán)利要求27的系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)納米級(jí)特征與在第二 襯底上形成的至少一個(gè)單壁碳納米管相對(duì)應(yīng)。
29. 權(quán)利要求28的系統(tǒng)，其中所述分子膜包括第一固化的組合物。
30. 權(quán)利要求29的系統(tǒng)，其中所述第一固化的組合物包含較高模 量的有機(jī)硅彈性體。
31. 權(quán)利要求29的系統(tǒng)，其中所述分子膜包括笫二固化的組合物。
32. 權(quán)利要求31的系統(tǒng)，其中所述第二固化的組合物包含較低才莫 量的有機(jī)硅彈性體。
33. 權(quán)利要求27的系統(tǒng)，其中所述所述至少一個(gè)微米級(jí)特征包括至少一個(gè)微通道。
34. 權(quán)利要求27的系統(tǒng)，其中所述分子膜被配置成與第一襯底鄰 近，以使得流體被基本上限制為在該圖案內(nèi)流動(dòng)。
全文摘要
本發(fā)明提供使用軟光刻法形成分子膜的方法。該方法包括在可模塑的聚合物組合物中形成具有至少一個(gè)納米級(jí)特征的圖案，和將所述圖案的至少一部分配置成與第一襯底鄰近。
文檔編號(hào)G03F7/00GK101410753SQ200780011131
公開日2009年4月15日 申請(qǐng)日期2007年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月29日
發(fā)明者A·施姆, F·華, J·羅杰斯, K·法, P·波恩 申請(qǐng)人:陶氏康寧公司