[发明专利]非平面图案化纳米结构表面及用于其制造的印刷方法

说明书

本发明提供了一种将图案施加到非平面表面的方法。印模具有主表面，所述主表面具有横向尺寸大于0且小于约5微米的图案元件。所述印模的所述主表面具有官能化分子，所述官能化分子具有被选择用于化学键合到所述非平面表面的官能团。所述印模被定位成引起与所述非平面表面的滚动接触，并且接触所述非平面表面以在其上形成官能化材料的自组装单层(SAM)，并且向所述非平面表面赋予图案元件的布置。所述印模的所述主表面相对于所述非平面表面平移，使得：控制在所述压印表面与所述非平面表面之间的界面处的接触压力，并且在所述压印表面和所述非平面表面彼此接触时，允许所述界面处的接触力变化。

背景技术

柱形工具辊可用于各种工业操作，尤其是辊对辊制造。可以使用金刚石车削机制造包括长度尺度在单微米及以上量级的结构化图案的微结构柱形工具辊，该金刚石车削机使用金刚石尖头工具在精密车床上切削铜。然而，该方法根本上是车削操作，其限制了能够可再现地切割到非平面基材如柱形工具辊的表面中的结构的尺寸和图案几何形状。

为了在非平面表面上制作纳米尺寸(大于约100nm且小于约1微米)的特征结构和图案，可以使用平版印刷和激光烧蚀，但是这些技术产生过大的特征结构、针对图案几何形状提供的选择有限、或者需要不可接受的漫长图案化时间。

微接触印刷可以用于以相对较低的成本将结构的二维纳米级图案转移到非平面基材上。微接触印刷将官能化分子的图案转移到基材，该官能化分子包括经由化学键附接到基材表面或涂覆的基材表面以形成图案化的自组装单层(SAM)的官能团。SAM是指通过化学键附接到表面并且相对于该表面以及甚至相对于彼此采取优选取向的单层分子。

微接触印刷SAM的基本方法包括对浮雕图案化的弹性体印模(例如，聚(二甲基硅氧烷)(PDMS)印模)施加包含官能化分子的墨，然后使着墨的印模接触基材表面(通常是金属或金属氧化物表面)，从而在印模与基材之间接触的区域内形成SAM。然后可以进一步处理金属表面以去除不受SAM保护的金属，从而在制造工具上形成二维纳米级图案。

官能化分子应当以具有最少数量缺陷的期望高分辨率图案化SAM从弹性体印模可再现地转移到金属基材表面。应最小化图案缺陷诸如线模糊和空隙以确保准确的SAM图案分辨率和可再现性。

发明内容

一般来讲，本公开涉及一种用于在具有非平面表面的工具(诸如适用于辊对辊制造过程中的柱形辊)的至少一部分上印刷微结构或纳米结构图案的方法。工具上的图案充当将印刷纳米结构图案转移到工具的非平面金属表面中的后续处理步骤的蚀刻掩模。在印刷过程中使用的浮雕图案化印模的尺寸可以在尺寸上有很大变化，并且在一些实施方案中，印模在分步重复过程中平铺在非平面印刷层上，以产生许多单独的印刷件，这些印刷件可以拼接在一起，以覆盖工具表面的选定区域。

在本公开的印刷过程的各种实施方案中，控制浮雕图案化印模的印刷表面与工具的非平面表面之间的接触压力，并且允许印刷表面与工具的非平面表面之间的接触力变化。

在一个方面，本公开涉及一种将图案施加到非平面表面上的方法，其中该非平面表面的至少一部分具有曲率半径。该方法包括：提供具有主表面的印模，所述主表面具有延伸远离基部表面的图案元件的浮雕图案，并且其中每个图案元件具有横向尺寸大于0且小于约5微米的压印表面；在所述压印表面上施加墨，所述墨包括官能化分子，所述官能化分子具有被选择用于化学键合到所述非平面表面的官能团；定位所述印模，以引起所述非平面表面与所述印模的所述主表面之间的滚动接触；使所述图案元件的所述压印表面与所述非平面表面接触，以在所述非平面表面上形成官能化材料的自组装单层(SAM)，并且向所述非平面表面赋予图案元件的布置；以及相对于所述非平面表面平移所述印模的主表面，其中平移所述印模的所述主表面包括：(1)控制在所述压印表面与所述非平面表面之间的界面处的接触压力，以及(2)在所述压印表面和所述非平面表面彼此接触时，允许所述界面处的接触力变化。