[发明专利]使用具有表面改性材料的印模在基底上形成功能性材料的图案的方法

说明书

1.发明领域

本发明涉及在基底上形成功能性材料的图案的方法。具体地讲，该方法使用 具有凸起表面的弹性印模在基底上形成图案以用于组件和器件的微细加工。

2.相关技术的描述

几乎所有电子器件和光学器件均需要进行图案化。一直以来都采用光刻工艺 来制造微电子器件以便形成所需的图案。根据这项技术，将导电材料、绝缘材料 或半导电材料的薄膜沉积到基底上，并将负性或正性光致抗蚀剂涂覆到材料的外 露表面上。然后以预定图案照射抗蚀剂，并洗掉表面上照射到或未照射到的抗蚀 剂部分，从而在表面上形成抗蚀剂的预定图案。为了形成导电金属材料的图案， 随后对未被预定抗蚀剂图案覆盖的金属材料进行蚀刻或移除。然后移除抗蚀剂图 案，即可得到金属材料的图案。然而，光刻是一种复杂的多步工艺，对于印刷塑 料电子器件而言成本过高。

接触印刷是一种用于形成图案化材料的灵活的非光刻工艺。与常规光刻技术 相比，接触印刷法潜在地取得了巨大的进步，因为接触印刷可以在塑料电子器件 上形成分辨率相对高的图案以用于电子零件组装。微接触印刷技术的特点在于分 辨率高，能够将微米级尺寸的图案施加到基底表面上。微接触印刷也比光刻系统 更经济，因为其程序复杂度较低，基本上不需要旋涂设备或后续的显影步骤。此 外，微接触印刷可有助于卷到卷电子零件组装作业，该技术比光刻技术和电子束 微影技术(这是需要大约几十纳米的分辨率时采用的常规技术)等其他技术的产 量要高。采用微接触印刷可在卷到卷组装作业时利用单个印模印刷出多个图像。

在诸如射频标签(RFID)、传感器、存储器和后面板显示器之类的微电子器件 的制造过程中，可使用接触印刷来代替光刻。微接触印刷能将形成分子物质的自 组装单层(SAM)转移到基底上，这一技术也已应用于金属的图案化无电沉积中。 SAM印刷能够形成高分辨率的图案，但一般仅限于通过硫醇化学作用形成金或银 的金属图案。尽管存在各种变型，但在SAM印刷中，设置在弹性印模上的阳纹浮 雕图案被涂蘸到基底上。弹性印模的浮雕图案涂蘸有硫醇材料，该浮雕图案通常 由聚二甲基硅氧烷(PDMS)制成。硫醇材料通常为烷基硫醇材料。用金或银的金属 薄膜完全覆盖基底，然后将涂覆有金的基底与印模接触。在印模的浮雕图案与金 属薄膜接触之后，具有所需微电路图案的单层硫醇材料就被转移到了金属薄膜 上。烷基硫醇通过自组装工艺在金属上形成有序的单层，从而使SAM压紧并牢固 地粘附到金属上。当随后把经过印刻的基底浸入到金属蚀刻溶液中时，SAM充当 抗蚀剂的作用，因此除了受SAM保护的金属区域之外，所有其他区域均被蚀刻而 露出下面的基底。然后剥去SAM，留下具有所需图案的金属。

Coe-Sullivan等人在WO 2006/047215中公开了尤其针对发光器件将材料转 移到基底上的方法。该方法包括将材料选择性地沉积在印模施用装置的表面上， 并使印模施用装置的表面与基底接触。印模施用装置可以具有纹理，也就是说其 表面具有由凸起和凹陷形成的图案，或者可以没有纹理，即没有凸起或凹陷。所 述材料为包含半导体纳米晶体的纳米材料油墨。将材料直接接触印刷到基底上免 去了与SAM印刷相关的步骤，在SAM印刷中，需从基底上蚀刻掉或移除那些未形 成所需微电路图案的多余材料。印模施用装置可由弹性体材料制成，例如由聚二 甲基硅氧烷(PDMS)制成。

尽管已经发现通过硫醇化学作用进行印刷时可以获得20nm的特征，但这仅 限于少数金属，而且不适用于卷到卷工艺。相比之下，采用将功能性材料直接凸 版印刷的方法，难以形成分辨率大约50微米或更小的功能性材料图案，尤其难 以形成1至5微米的功能性材料的图案。

微接触印刷有时候会出现问题，原因在于要印刷的材料不能在弹性印模的浮 雕表面展开或润湿。如果要印刷的材料未覆盖或未充分覆盖印模的浮雕表面，则 在印刷时该材料就不能均匀地转移到基底上，从而导致在基底上形成该材料的不 完整图案。