[发明专利]用于软光刻法的复合构图设备

说明书

本申请是2005年4月27日提交的题为“用于软光刻法的复合构图设备”的PCT/US2005/014449号发明专利的分案申请，原申请于2006年10月27日进入中国国家阶段，国家申请号为200580013574.1。

对相关申请的交叉引用

本申请要求于2004年4月27日提交的美国临时专利申请60/565,604的优先权，在此通过引用，将其全部内容以不与本申请所公开内容矛盾的程度纳入本说明书。

背景技术

微米级结构和器件的设计与制造已对多项重要技术-包括微电子学、光电子学、微流体技术和微传感技术-构成巨大影响。例如，制造微米级(microsized)电子器件的能力已经使电子学领域发生巨大变化，获得了性能更快更高、能量需求显著降低的电子元件。随着这些技术的不断快速发展而日益明显的是，通过开发在纳米级上操纵和组织物质的能力，将得到更多的益处。纳米科技的进步将可望对从材料科学到应用工程到生物技术的许多技术领域产生显著影响。

具有纳米级尺寸的器件的制造不仅仅是微型化概念的自然延伸，它还是一个在物理和化学行为上区别于较大型体系的根本不同的领域。例如，很多材料的纳米级组装行为显著受其大的界面体积分数以及电子束缚引起的量子机械效应的影响。制造具有边界清晰的、纳米级零部件(features)的结构的能力，已经使制造基于其性能和过程仅发生于纳米尺寸上的器件成为可能，所述性能和过程包括例如单电子隧道效应、库伦堵塞和量子尺寸效应。然而，由各种材料制造亚微米级结构的商业化实用方法的开发，对纳米科技的不断发展而言是关键所在。

光刻法(photolithography)是目前最普遍使用的微制造方法，几乎所有的集成电路都是用这种技术制造的。在常规的投影模式(projection mode)光刻法中，用光掩模生成一个与选定的二维图案对应的光学图像。将该图像进行光学还原(optically reduce)并投射到旋涂于基片上的光致抗蚀剂薄膜上。或者，在直接写至晶片(Direct Write to Wafer)光刻技术中，将光致抗蚀剂直接暴露于激光、电子束或离子束，而不使用光掩模。光、电子和/或离子与光致抗蚀剂所含分子之间的相互作用使选定的光致抗蚀剂区域发生化学变化，变化的方式使得能够制造具有清晰的物理尺寸的结构。光刻法非常适于在平面上生成二维分布零部件。此外，采用涉及形成多叠层的叠加制造方法，光刻法能够在平面上生成更复杂的三维分布零部件。

光刻法的新发展已经使其应用扩展到具有亚微米级尺寸的结构的制造中。例如，纳米光刻技术，如UV深投影模式光刻法、软X射线光刻法、电子束光刻法和扫描探针法已经成功地用于制造具有10至100纳米级零部件的结构。虽然纳米光刻法提供了制造具有纳米尺寸的结构和器件的可行方法，但是这些方法具有某些限制，这阻止了其与低成本、高产量的纳米材料商业化加工方法的有效结合。首先，纳米光刻法需要精细且昂贵的分档器或写工具(write tool)，以将光、电子和/或离子导向光致抗蚀剂表面上。第二，这些方法限于对很窄范围内的专用材料进行构图，并且不太适于在纳米结构中引入特定的化学官能团。第三，常规的纳米光刻法限于在无机基片的小面积超平刚性表面上制造纳米级零部件，因而不太适于在玻璃、碳和塑料表面上构图。最后，由于纳米光刻法提供的焦距深度受限，并且通常需要繁重的多层重复加工，因此难以制造包含其零部件具有三维可选长度的纳米结构。

光刻法用于纳米制造的实用性限制，激发了对开发制造纳米级结构的替代的、非光刻的方法的强烈兴趣。近些年，已经开发了基于模塑(molding)、接触印刷和压印(embossing)的、统称为软光刻法(soft lithography)的新技术。这些技术使用可适应的(conformable)构图设备，例如印模、塑模或掩模，这些设备具有包含清晰的凸起图案(relief pattern)的转印面(transfer surface)。通过材料处理过程-该过程包括基片和构图设备转印面之间的分子级的共形接触(conformal contact)--形成微米级和纳米级(nonosized)的结构。用于软光刻法中的构图设备通常包括弹性体材料，例如聚(二甲基硅氧烷)(PDMS)，并且通常通过将预聚物浇铸于用常规光刻法形成的母板上而制备。构图设备的机械特性对于制造具有良好的保真度和定位精度的、高机械强度的被转印材料图案而言非常重要。