[发明专利]功能材料在基材上形成图案的方法

说明书

发明背景

1.发明领域

本发明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卷至卷(reel-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，可以在卷至卷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。SAM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烷(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烷硫醇材料。基材上带式刮涂(blanketcoat)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WO2006/047215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烷(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卷至卷工艺。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1-5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。

发明内容

本发明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10兆帕。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

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。