[发明专利]印花转印刻蚀

说明书

联邦政府资助的研究或发展

本申请的主题部分地享受美国国家科学基金(NSF)授予第CHE 0097096号；美国国防高级研究计划局(DARPA)授予第FA8650-04-C-7101 号；以及美国能源部(DOE)授予第DEFG02-91ER45439号资助。政府对 本发明拥有一定权利。

背景技术

软刻蚀是微制造中通用的一种图案化技术，用于制造微结构。这种 技术使用图案化的弹性体将图案从母模转印到基底上。图案化的弹性体 例如可以用作转印物质的印章、用作被物质填充的模具或用作用来在基 底上选择性沉积和/或从基底上选择性去除材料的掩模。参见，例如，Xia， Y.和Whitesides，G.M.Annu.Rev.Mater.Sci.(1998)28：153-184。

与此不同的是，常规光刻利用刚性光掩模使光致抗蚀剂层图案化， 然后在后续的蚀刻和沉积步骤中，图案化的光致抗蚀剂保护图案下方的 材料。软刻蚀与常规光刻相比有多种优点。软刻蚀可以在单一沉积步骤 中产生三维结构和非平面结构，而不需要逐步组装各层。由于弹性体的 机械柔韧性，非平面基底可以图案化。可以使用比光刻所用更大范围的 材料进行各种软刻蚀技术，并且软刻蚀中所用的材料和技术通常成本更 低。由于这些优点，软刻蚀被证实适用于多种应用，包括集成光学、微 电机系统(MEMS)、微流体学和用于使诸如蛋白、核酸和细胞等生物材料 图案化。

在一个例子中，图案化的弹性体印章可以与基底接触，形成可具有 二维或三维图案的通道。然后可以使用用于固态物质如聚合物或陶瓷的 液态前体填充通道。通道也可用于混合不同的流体物质，从而用作微反 应器或微分析工具。使用这种技术形成固态图案化结构被称作 Micromolding In Capillaries(毛细微模塑法)或“MIMIC”。这种技术的缺点 包括需要图案连续，以填充整个图案。此外，通道必须足够大以适应用 于填充图案的液体的粘度，从而可能会限制得到的分辨率。

在另一个例子中，可以使用物质涂布图案化的弹性体印章，然后与 基底接触。去除印章使得印章图案中的物质沉积在基底。这样转印的物 质用作在基底上印刷的油墨。这种技术被称作微接触印刷或“μCP”，可用 于形成不连续的图案，并可以形成分辨率高于MIMIC的图案。微接触印 刷的应用通常涉及到添加型刻蚀，这种刻蚀在图案化的油墨上或在露出 的基底上选择性沉积另一种物质。这种技术的缺点包括可以用作基底和 用作油墨的材料范围受限。

在另一个例子中，图案化的弹性体膜可被涂布到基底上。然后这种 膜用作掩模，以选择性去除露出的基底(去除型刻蚀)，或用于添加型刻蚀。 取决于膜和基底所用的材料，它们之间的可逆结合可用于在所需的微制 造过程中稳定膜，并且一旦达到预期目的就去除膜。这种技术的缺点包 括极难涂布、去除和处理弹性体薄膜。此外，膜必须是连续的，并且不 能用于使不连续形状和图案成像。

因此，需要提供一种改进的软刻蚀技术，这种技术可用于在平面和 非平面基底上形成连续或不连续的、二维或三维的图案，并且图案可以 是通道形式或用于添加型和去除型刻蚀的掩模。还优选的是，这些图案 可以形成在大范围的物质上，并且可以使用大范围的物质形成这些图案， 而不需要精细处理所涉及到的材料。

发明内容

在本发明的第一实施方案中，提供一种制造微结构的方法，包括： 选择性活化含硅弹性体的部分表面，使所述活化部分与物质接触，以及 使所述活化部分与物质结合，使得所述活化部分和与所述活化部分接触 的物质不可逆地连接。

这些实施方案可以包括如下的方法，其中所述选择性活化包括部分 地覆盖所述表面，以提供所述表面的被保护部分和所述表面的未被保护 部分，以及对所述未被保护部分进行活化处理。这些实施方案还可以包 括如下的方法，其中所述进行活化处理包括用UV射线照射所述未被保 护部分。这些实施方案还可以包括如下的方法，其中所述部分地覆盖所 述表面包括在所述含硅弹性体的表面上配置掩模。所述掩模包括UV-不 透明部和UV-透明部的图案并包括在所述UV-不透明部下的间隔材料， 以及所述表面的未被保护部分在所述UV-透明部之下并与其分开。