[發明專利]非平面圖案化納米結構表面及用于其制造的印刷方法

有效

• 申請號: 201880083840.5
• 申請日: 2018-12-26
• 公開（公告）號: CN111526990B
• 公開（公告）日: 2022-09-27
• 發明（設計）人: 詹姆斯·朱;卡爾·K·斯騰斯瓦德;丹尼爾·M·倫茨;托馬斯·J·梅茨勒;莫塞斯·M·大衛
• 申請（專利權）人: 3M創新有限公司
• 主分類號: B41C1/18
• 分類號: B41C1/18;B41F17/00;B41K1/22;B41F3/26;B41K3/26;B41M1/00;B81C1/00
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司 11219
• 代理人: 梁曉廣;李金剛

本發明提供了一種將圖案施加到非平面表面的方法。印模具有主表面，所述主表面具有橫向尺寸大于0且小于約5微米的圖案元件。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選擇用于化學鍵合到所述非平面表面的官能團。所述印模被定位成引起與所述非平面表面的滾動接觸，并且接觸所述非平面表面以在其上形成官能化材料的自組裝單層(SAM)，并且向所述非平面表面賦予圖案元件的布置。所述印模的所述主表面相對于所述非平面表面平移，使得：控制在所述壓印表面與所述非平面表面之間的界面處的接觸壓力，并且在所述壓印表面和所述非平面表面彼此接觸時，允許所述界面處的接觸力變化。

背景技術

柱形工具輥可用于各種工業操作，尤其是輥對輥制造。可以使用金剛石車削機制造包括長度尺度在單微米及以上量級的結構化圖案的微結構柱形工具輥，該金剛石車削機使用金剛石尖頭工具在精密車床上切削銅。然而，該方法根本上是車削操作，其限制了能夠可再現地切割到非平面基材如柱形工具輥的表面中的結構的尺寸和圖案幾何形狀。

為了在非平面表面上制作納米尺寸(大于約100nm且小于約1微米)的特征結構和圖案，可以使用平版印刷和激光燒蝕，但是這些技術產生過大的特征結構、針對圖案幾何形狀提供的選擇有限、或者需要不可接受的漫長圖案化時間。

微接觸印刷可以用于以相對較低的成本將結構的二維納米級圖案轉移到非平面基材上。微接觸印刷將官能化分子的圖案轉移到基材，該官能化分子包括經由化學鍵附接到基材表面或涂覆的基材表面以形成圖案化的自組裝單層(SAM)的官能團。SAM是指通過化學鍵附接到表面并且相對于該表面以及甚至相對于彼此采取優選取向的單層分子。

微接觸印刷SAM的基本方法包括對浮雕圖案化的彈性體印模(例如，聚(二甲基硅氧烷)(PDMS)印模)施加包含官能化分子的墨，然后使著墨的印模接觸基材表面(通常是金屬或金屬氧化物表面)，從而在印模與基材之間接觸的區域內形成SAM。然后可以進一步處理金屬表面以去除不受SAM保護的金屬，從而在制造工具上形成二維納米級圖案。

官能化分子應當以具有最少數量缺陷的期望高分辨率圖案化SAM從彈性體印模可再現地轉移到金屬基材表面。應最小化圖案缺陷諸如線模糊和空隙以確保準確的SAM圖案分辨率和可再現性。

發明內容

一般來講，本公開涉及一種用于在具有非平面表面的工具(諸如適用于輥對輥制造過程中的柱形輥)的至少一部分上印刷微結構或納米結構圖案的方法。工具上的圖案充當將印刷納米結構圖案轉移到工具的非平面金屬表面中的后續處理步驟的蝕刻掩模。在印刷過程中使用的浮雕圖案化印模的尺寸可以在尺寸上有很大變化，并且在一些實施方案中，印模在分步重復過程中平鋪在非平面印刷層上，以產生許多單獨的印刷件，這些印刷件可以拼接在一起，以覆蓋工具表面的選定區域。

在本公開的印刷過程的各種實施方案中，控制浮雕圖案化印模的印刷表面與工具的非平面表面之間的接觸壓力，并且允許印刷表面與工具的非平面表面之間的接觸力變化。

在一個方面，本公開涉及一種將圖案施加到非平面表面上的方法，其中該非平面表面的至少一部分具有曲率半徑。該方法包括：提供具有主表面的印模，所述主表面具有延伸遠離基部表面的圖案元件的浮雕圖案，并且其中每個圖案元件具有橫向尺寸大于0且小于約5微米的壓印表面；在所述壓印表面上施加墨，所述墨包括官能化分子，所述官能化分子具有被選擇用于化學鍵合到所述非平面表面的官能團；定位所述印模，以引起所述非平面表面與所述印模的所述主表面之間的滾動接觸；使所述圖案元件的所述壓印表面與所述非平面表面接觸，以在所述非平面表面上形成官能化材料的自組裝單層(SAM)，并且向所述非平面表面賦予圖案元件的布置；以及相對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)控制在所述壓印表面與所述非平面表面之間的界面處的接觸壓力，以及(2)在所述壓印表面和所述非平面表面彼此接觸時，允許所述界面處的接觸力變化。