功能材料在基材上形成图案的方法技术

本发明专利技术提供一种在基材上形成功能材料的图案的方法。该方法使用具有带凸 起表面的浮雕结构的弹性压模，该弹性压模的弹性模量至少为10兆帕。将功能材 料和液体的液体组合物施用在浮雕结构上，除去液体在凸起表面上形成膜。弹性压 模将功能材料从凸起表面转移至基材，在基材上形成功能材料的图案。该方法适合 于制造用于电子器件和元件的微电路。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
技术介绍
1. 专利
本专利技术涉及在基材上形成功能材料图案的方法，更具体地涉及使用具有凸 起表面的弹性压模在基材上形成图案，用于微细加工元件和器件的方法。2. 相关技术说明几乎所有的电子器件和光学器件都要求形成图案。微电子器件是通过光刻法 形成所需图案进行制备的。根据这种光刻技术，将导电材料、绝缘材料或半导体材 料的薄膜沉积在基材上，在材料的露出的表面上涂覆负性光刻胶或正性光刻胶。然 后，光刻胶以预定的图案被辐照，从表面洗去被辐照或未被辐照的光刻胶部分，在 表面上形成光刻胶的预定图案。为形成导电金属材料的图案，然后对未被预定光刻 胶图案覆盖的金属材料进行蚀刻或去除。然后去除该光刻胶图案，获得金属材料的 图案。但是，光刻法是一种复杂的多步骤方法，对印刷塑料电子件而言成本太高。接触印刷是一种形成有图案的材料的柔性、非平版印刷的方法。接触印刷因 为能在用于电子元件组装的塑料电子件上形成相对高分辨率的图案，因此可能取得 明显优于常规光刻技术的进步。微接触印刷的特征是能够将微米尺寸的图案提供在 基材表面上的高分辨率的技术。微接触印刷还比光刻系统更为经济，因为微接触印 刷的过程相对简单，最终不需要旋涂设备或顺序的显影步骤。此外，微接触印刷可 能有助于进行巻至巻(ree1-to-reel)的电子元件组装操作，该操作的生产量大于其 他技术，如光刻法和电子束平版印刷(这是在要求几十纳米级分辨率时使用的常规 技术)。使用微接触印刷，可以在巻至巻的组装操作中由单压模印刷多个图像。接触印刷是替代光刻法制造微电子器件如射频标记(RFID)、传感器、以及存储器和背板显示器的可能的方法。还发现可以通过微接触印刷将形成分子物质的自 组装的单层(SAM)转移到基材的能力应用于金属的有图案的无电沉积。S扁印刷能够形成高分辨率图案，但是一般限于用硫醇化学形成金或银的金属图案。虽然有各种 变化形式，但是在SAM印刷中可以将弹性压模上的正性浮雕图案用墨印在基材之上。 弹性压模通常是由聚二甲基硅氧垸(PDMS)制成，可以用硫醇材料对弹性压模上的浮雕的图案进行上墨。典型的硫醇材料是链垸硫醇材料。基材上带式刮涂(blanket coat)金或银的金属薄膜，然后将涂覆金的基材与压模接触。压模的浮雕图案与金 属薄膜接触后，将具有所需微电路图案的单层硫醇材料转移到金属薄膜上。链烷硫 醇通过自组装过程在金属上形成有序的单层，自组装过程导致SAM紧密填充，并很 好粘附于金属。因此，在随后将上墨的基材浸在金属蚀刻溶液中时，SAM作为抗蚀 刻剂，除了SAM保护的金属区域之外的所有区域都蚀刻至下层基材。然后剥除SAM， 将金属留在所需图案中。将材料转移至基材，特别是发光器件的方法由Coe-Sullivan等在WO 2006/047215中公开。该方法包括将材料选择性沉积在压模涂膜器(applicator)表 面上，并使该表面与基材接触。压模涂膜器可以具有纹理，即具有凸起和凹陷的图 案的表面，或者是无特征的，即没有凸起或凹陷。材料是纳米材料油墨，其包含半 导体纳米晶体。将该材料直接接触印刷在基材上的方式取消了与SAM印刷相关的步 骤，该SAM印刷中要从基材蚀刻或去除未形成所需微电路图案的过量材料。压模涂 膜器可以由弹性材料如聚二甲基硅氧垸(PDMS)制成。虽然已经表明当通过硫醇化学进行印刷时可以实现20纳米的特征，但是限于 少数金属并且不适合于巻至巻工艺。相反，通过直接浮雕印刷功能材料很难以小于 或等于约50微米的分辨率形成功能材料的图案。因此，希望提供一种在基材上形成功能材料的图案的方法。希望该方法能在 基材上直接形成功能材料的图案。特别希望能在基材上直接形成导电材料的图案， 由此消除除去未形成图案的导电材料的中间蚀刻步骤。还希望这种方法能用弹性压 模容易进行微接触印刷，并能够重现小于或等于50微米，特别是约l-5微米的分辨 率，但不限于在金属上印刷。还希望这种方法能避免将功能材料转移到图案的无特 征区域的问题。
技术实现思路
本专利技术提供一种在基材上形成功能材料的图案的方法。该方法包括提供具 有带凸起表面的浮雕结构的弹性压模，该弹性压模的弹性模量至少为io兆帕。 将包含功能材料和液体的液体组合物施用于压模的浮雕结构，从浮雕结构上的 组合物充分除去所述液体，以至少在凸起表面上形成功能材料的膜。将功能 材料从凸起表面转移，在基材上形成图案。附图简要说明附图说明图1是具有形成微电路或其他功能性电子线路图案的浮雕结构的母模的截 面正视图。图2是具有在载体和母模之间的弹性材料层的印刷形式前体的一个实施方 式的截面正视图，该弹性层将进行光化辐照曝光。图3是与母模分离的由印刷形式前体形成的压模的截面正视图。该压模具 有对应于母模浮雕图案的浮雕结构，具体地，压模的浮雕结构包括至少一个凸 起表面和凹陷表面的图案，该图案与母模的浮雕图案相反。图4是作为在压模的浮雕结构上施用功能材料的一个实施方式、位于旋涂 机平台上的弹性压模的截面正视图。图5是在与基材接触的浮雕结构的凸起表面上具有功能材料层的弹性压模 的截面正视图。图6是与基材分离并将凸起表面上的功能材料转移至基材形成功能材料图案的弹性压模的截面正视图。 优选实施方式的描述在下面的详细描述中，类似的附图标记表示所有附图中类似的元件。 本专利技术提供一种在用于各种应用的器件和元件的基材上形成功能材料的图案的方法，所述应用包括但不限于电子、光学、传感和诊断应用。该方法可应用于 形成作为功能材料的各种活性材料和非活性材料的图案。该方法不限于使用硫醇材料作为掩模材料的弹性压模的应用。该方法能在各种大面积的基材上以小于50微米的线条分辨率直接形成功能材料的图案，因此特别能够形成微电路。采用该方法甚至能够达到l-5微米的精细线条分辨率。该方法采用容易用具有浮雕结构的弹性压模进行印刷来转移功能材料，压模没有发生下垂或明显的下垂以及没有发生不希望 有的至基材的材料转移。所述方法在功能材料的线条之间提供清楚的、无特征(敞 开)背景，同时保持与常规微接触印刷相关的图像逼真度和分辨率。所述方法能够 以微米分辨率在相对大的面积上印刷各种功能材料。该方法还能够顺序印刷表层而 不会妨碍一个或多个下层的功能。该方法可适合于制造电子器件和元件的高速制造 工艺，如巻至巻工艺。提供用于使基材形成图案的压模。该压模包括具有凸起表面的浮雕结构。浮 雕结构通常包括多个凸起表面和凹陷表面。压模的浮雕结构形成用于在基材上印刷功能材料的凸起表面的图案。功能材料在基材上的图案向元件或器件提供操作功 能。弹性压模的浮雕结构的凸起表面代表了将通过该方法在基材上最终形成的功能 材料的图案，凹陷表面代表了基材上的背景区域或无特征区域。该方法使用弹性模量至少为10兆帕(Mpa)的弹性压模，该弹性压模能以小于50微米的分辨率在基材上 形成各种功能材料的特征。该方法能够产生小于30微米，到小至l-5微米的线条分 辨率。在功能材料例如是半导体或介电材料的一些实施方式中，小于50微米的分辨 率是可接受的，这是因为该分辨率能够满足电子器件和元件的要求。在功能材料例 如是导电材料的一些实施方式中，该方法能够形成l-5微米的特征。该方法可以在 基材上直接印刷功能材料的图案，因此消除了与形成导电图案的标准本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在基材上形成功能材料的图案的方法，该方法包括：　ａ）提供具有带凸起表面的浮雕结构的弹性压模，该弹性压模的弹性模量至少为１０兆帕；　ｂ）将包含功能材料和液体的组合物施用在浮雕结构上；　ｃ）从浮雕结构上的组合物充分除去液体 ，以至少在凸起表面形成功能材料的薄膜；和　ｄ）将功能材料从凸起表面转移至基材。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2006.9.28 US 11/529,0861.一种在基材上形成功能材料的图案的方法，该方法包括a)提供具有带凸起表面的浮雕结构的弹性压模，该弹性压模的弹性模量至少为10兆帕；b)将包含功能材料和液体的组合物施用在浮雕结构上；c)从浮雕结构上的组合物充分除去液体，以至少在凸起表面形成功能材料的薄膜；和d)将功能材料从凸起表面转移至基材。2. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，基材上功能材料的厚度为 10-10000A。3. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，所述转移步骤包括以小于约5 磅/厘米2的压力使压模的凸起表面与基材接触。4. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，所述功能材料选自下组导电 材料、半导体材料、介电材料、小分子材料、生物基材料以及它们的组合。5. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，所述功能材料选自下组电活性材料、光活性材料和生物活性材料。6. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，所述功能材料选自下组绝缘材料、平面化材料、阻挡材料和限制材料。7. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，所述功能材料包含一种或多种 氟化化合物，所述方法还包括步骤e)对基材上氟化化合物的图案进行光化辐照曝光。8. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述功能材料选自下组有机染料、半导体分子、荧光生色团、磷光生色团、药理学活性化合物、生物活性 化合物、具有催化活性的化合物，以及它们的组合。9. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述功能材料选自下组光致发光材料、电致发光材料，以及它们的组合。10. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，功能材料选自下组脱氧核糖核酸(丽A)、蛋白质、聚(低聚)肽和聚(低聚)糖类。11. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，所述功能材料包含选自下组 的纳米颗粒导电材料、半导体材料和介电材料。12. 如权利要求ll所述的方法，其特征在于，所述纳米颗粒的直径约为3-100纳米。13. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述功能材料为纳米颗粒形 式，除去液体后形成不连续的膜。14. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述功能材料包含导电材料 的纳米颗粒，所述方法还包括步骤e)对基材上的纳米颗粒进行烧结，形成导电 材料的连续膜。15. 如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述烧结步骤包括加热纳米 颗粒至最高约为22(TC的温度。16. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，所述功能材料是选自下组的 导电材料银、金、铜、钯、氧化铟锡，以及它们的组合。17. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，所述功能材料是选自下组的 半导体材料硅、锗、砷化镓、氧化锌、硒化锌，以及它们的组合。18....

【专利技术属性】
技术研发人员：G·B·布朗谢特，李喜现，G·D·杰科克斯，
申请(专利权)人：EI内穆尔杜邦公司，
类型：发明
国别省市：US