聚合物笔平版印刷术制造技术

本公开涉及使用包括弹性体的、可压缩聚合物的尖端阵列在基板上印刷标记的方法。尖端阵列可使用常规照相平板印刷法制备，且可修整以具有任何所需数量和／或排列的尖端。在仅４０分钟内，可以平行方式制备图案的许多个拷贝（如大于１５，０００，或大于１１，０００，０００）。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】聚合物笔平版印刷术相关申请的交叉引用本申请要求根据美国35USC§ 119(e)于2008年4月25日递交的美国专利临时申 请第61/047，910号、2008年5月1日递交的美国专利临时申请第61/049，679号和2008年 6月27日递交的美国专利临时申请第61/076，199号的优先权，它们全部内容通过引用并入本文。政府利益的声明本专利技术在美国政府支持下在国家科学基金会(NSF-NSEC)第EEC-0647560号基金 和国家癌症研究所第5 U54 CA 119341号基金资助下完成。政府对本专利技术具有一定权利。
技术介绍
平版印刷术用在现代科学和技术的众多领域，包括集成电路的生产、信息存储装 置、显示屏、微机电系统(MEMS)、小型化传感器、微流体装置、生物芯片、光子带隙结构和衍 射光学元件(1-6)。通常，根据图案化策略，可将平版印刷术分为两类平行复制和连续写 入。平行复制方法如平版印刷术(7)、接触印刷(8-11)和纳米印刷平版印刷术(12)可用 于高通量，大面积图案化。然而，大多数这些方法仅可复制由连续写入方法预选的图案，因 此无法用于任意地产生不同的图案(即一种掩模导致一组结构)。相反，连续写入方法，包 括电子束平版印刷术(EBL)、离子束平版印刷术和许多基于扫描探针显微术(SPM)的方法 (13-16)可产生具有高分辨率和配准的图案，但在通量上受限(17，18)。实际上，最近研究 者才确定使用浸蘸笔纳米平版印刷术(DPN)用的二维悬臂阵列在平方厘米面积上产生有 分子基材料制成的图案化结构的方法(19，20)。DPN使用“墨水”-涂覆的原子力显微镜(AFM)悬臂以“构建”方式将软或硬材料 递送至具有高配准和亚-50-nm分辨率的表面(3，16，21-2 。当与高密度悬臂阵列组合时， DPN为使用适当通量在相对大面积内构建分子基图案的通用和强力工具(1)。DPN的局限 为1)在单个实验中不能简单并迅速地在微米和纳米长度规格间工作(通常，或最佳化锐 利尖端以产生纳米级形体(feature)，或使用钝的尖端产生微米规格的M24)；和2)需要 易碎且昂贵的二维悬臂阵列来实现大面积图案化。实际上，不存在这样的简单策略以通过 平行、高通量和直接写入方式迅速地图案化具有从纳米到毫米规格的基于分子的形体。因 此，需要能产生高分辨率、配准和通量，软物质相容的，和低成本图案化能力的平版印刷术 方法。
技术实现思路
本公开涉及使用聚合物尖端阵列在基板表面上印刷标记的方法。更具体地，本文 公开了使用包括可压缩聚合物的尖端阵列在基板表面上印刷标记的方法，所述尖端阵列包 括多个非悬臂式尖端，每个非悬臂式尖端具有小于约IymW曲率半径。因此，一方面，本文提供了一种在基板表面上印刷标记的方法，包括(1)用图案化 组合物涂覆尖端阵列，所述尖端阵列包括可压缩的弹性聚合物，所述尖端阵列包括多个尖端，每个尖端具有小于约Iym的曲率半径，(2)在第一接触时间段内和第一接触压力下，使 所述基板表面与所述阵列的全部或基本全部的涂覆过的尖端接触，以此将所述图案化组合 物沉积到所述基板表面上，以形成具有小于1 μ m的基本均勻的形体尺寸的标记，和优选地 基本均勻的形体形状。所述涂覆可包括将所述图案化组合物吸附或吸收到所述尖端阵列 上。所述方法可进一步包括仅移动所述尖端阵列或所述基板表面之一，或移动所述尖端阵 列和所述基板表面，和在第二接触时间段内和第二接触压力下重复所述接触步骤。所述第 一和第二接触时间段和压力可相同或不同。所述接触压力可通过控制其上安装有所述基板 或尖端阵列的压电扫描仪的ζ-压电来控制。可控制所述尖端阵列和所述基板表面之间的 横向移动(即通过改变运动和/或限制运动)，以形成包括点、线(如，直或弯曲的，由多个 单点形成或连续形成)、预选图案或它们任意组合的标记。控制所述接触压力和/或接触时 间段可产生具有可控的、可复制大小的标记，如点。由本文公开方法形成的所述标记可具有 小于微米的最低形体尺寸(如点大小或线宽度)，如900nm或更小、800nm或更小、700nm或 更小、600nm或更小、500nm或更小、400nm或更小、300nm或更小、200nm或更小、IOOnm或更 小、IOOnm或更小，或80nm或更小。本公开的另一方面提供了将本文公开的尖端阵列相对于基板表面调平的方法。一种方法包括用入射光从背后照明所述尖端阵列以引起所述入射光从所述尖端 内表面的内部反射，将所述尖端阵列的尖端和所述基板表面一起沿ζ-轴靠拢直至所述尖 端子集与所述基板表面相接触，接触由来自与所述基板表面接触的所述尖端子集的反射光 强度增加所指示，而来自其它尖端的反射光强度无变化指示非接触尖端，且根据来自所述 尖端的内表面的反射光强度的差异，将所述尖端阵列和/或所述基板表面相对于这二者中 的另一个倾斜，以实现所述基板表面和非接触尖端之间的接触。所述倾斜可沿χ-、y-和 ζ-轴中任一个进行一次或多次，以将所述尖端阵列相对于所述基板表面调平。如果所述尖 端阵列材料为至少半透明的，所述反射光可通过在所述入射光方向反向传播通过所述尖端 阵列材料的至少一部分所述反射光观察到。优选地，安装有所述尖端阵列的任何基板也将 至少为半透明的或透明的。另一种方法包括用入射光从背后照明所述尖端阵列以引起所述入射光从所述尖 端内表面的内部反射，将所述尖端阵列的尖端和所述基板表面一起沿Z-轴靠拢，以引起所 述尖端阵列的尖端与所述基板表面之间的接触，进一步将所述尖端阵列和/或所述基板表 面沿所述Z-轴分别向此二者中的另一个移动以压缩所述尖端的子集，由此来自所述尖端 的反射光的强度增加，所述增加为所述尖端对所述基板表面压缩度的函数，且根据来自所 述尖端的内表面的反射光强度的差异，将所述尖端阵列和/或所述基板表面相对于此二 者中的另一个倾斜，以实现所述基板表面和尖端之间的基本均勻接触。所述倾斜可沿χ-、 y-和ζ-轴中任一个进行一次或多次，以将所述尖端阵列相对于所述基板表面调平，这种调 平根据来自所述尖端的反射光的均勻强度来确定。如果所述尖端阵列材料为至少半透明 的，所述反射光可通过在所述入射光方向反向传播通过所述尖端阵列材料的至少一部分所 述反射光观察到。优选地，安装有所述尖端阵列的任何基板也将至少为半透明的或透明的。本公开的另一方面提供了尖端阵列。所述尖端阵列可包括以有序的周期性图案排 列的多个尖端。所述尖端的曲率半径可小于约0. 5 μ m、小于约0. 2 μ m或小于约lOOnm。所述 尖端可为相同的形状，或可为椎体形。所述尖端阵列的聚合物可具有约IOMI^a至约300MPa的压缩模量。所述聚合物在约IOMI^a至约300ΜΙ^的压力下可为胡克型(Hookean)。所述聚 合物可为交联的。所述聚合物可包括聚二甲基硅氧烷(PDMQ。所述PDMS可为三甲基硅氧 基封端的乙烯基甲基硅氧烷-二甲基硅氧烷共聚物、甲基氢硅氧烷-二甲基硅氧烷共聚物， 或它们的混合物。所述尖端阵列可固定至普通基板。所述普通基板可包括刚性支持物，如 玻璃。或者，所述普通基板可粘附于刚性支持物。所述普通基板可包括这样的弹性体层，所 述弹性体层可包括与所述尖端阵列的聚合物相同的聚合物，或可为与所述尖端阵列本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在基板表面上亚微米规格印刷标记的方法，包括：　　用图案化组合物涂覆尖端阵列，所述尖端阵列包括可压缩的弹性体聚合物，所述可压缩的弹性体聚合物包括多个非悬臂式尖端，每个非悬臂式尖端具有小于约１μｍ的曲率半径；　　在第一接触时间段内和第一接触压力下，使所述基板表面与所述阵列的全部或基本全部的涂覆过的尖端接触，以将所述图案化组合物沉积到所述基板表面上，并通过全部或基本全部的所述涂覆过的尖端形成基本均匀的标记，所述标记具有小于１μｍ的点大小（或线宽度）。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：查德A米尔金，霍峰蔚，郑子健，郑耿峰，
申请(专利权)人：西北大学，
类型：发明
国别省市：US[美国]