用於對微觀結構進行圖案化的方法與流程
2023-12-03 19:43:26
本發明涉及用於對微觀結構進行圖案化的方法，並且特別地，涉及用於對微觀結構的一個或多個部分進行圖案化的方法，該微觀結構包括撓性基板、設置在基板上的導體和設置在導體上的金屬層，其中導體包括第一透明導電氧化物(TCO)層和第二透明導電氧化物(TCO)層以及夾在兩個TCO層之間的金屬摻雜的氧化矽層的疊層。
背景技術：
：觸控螢幕面板現在是無所不在的，並且常常用作輸入和顯示界面，例如，在自動取款機、移動通信設備以及導航裝置中。觸控螢幕面板通常包括透明基部基板(例如，玻璃或聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET))和設置在基部基板上的透明導電圖案(例如氧化銦錫(ITO))。然後，導電金屬圖案(例如，銅或銀)形成在透明導電圖案的邊緣上，以提供匯流條並降低設備的電阻率。導電金屬圖案通常通過導電粘合劑附著到透明導電圖案。在這種情況下，隨著導電粘合劑在高溫和高溼度下失效，電阻率在一段時間內增加。其它現有的方法，諸如銀玻璃料，成本高並且需要待用於將線附接於其的特別昂貴的銦焊料。由於透明導電圖案材料諸如ITO的差的載流容量，導電金屬的電沉積是不可行的。類似地，金屬的無電沉積是具有挑戰性的，因為在鍍槽中所需的化學品與透明導電圖案材料諸如ITO發生不期望的副反應，很多情況下這導致在電鍍期間透明導電圖案材料諸如ITO的蝕刻。印刷在透明導電圖案材料諸如ITO上的銀墨廣泛用於提供匯流條。該方法是非常昂貴的，並且不適用於細間距圖案。因此，仍然需要提供克服或至少緩解上述問題的圖案化方法。技術實現要素：根據本發明的第一方面，存在提供用於對微觀結構的一個或多個部分進行圖案化的方法，該微觀結構包括撓性基板、設置在基板上的導體和設置在導體上的金屬層，其中導體包括第一透明導電氧化物(TCO)層和第二透明導電氧化物(TCO)層以及夾在兩個TCO層之間的金屬摻雜的氧化矽層的疊層。該方法包括：對金屬層進行圖案化以限定金屬層的待去除的一個或多個部分；使微觀結構與金屬氯化物蝕刻劑接觸，以去除金屬層中的限定的一個或多個部分，從而暴露下面的第一TCO層的一個或多個部分，其中第一TCO層的暴露的一個或多個部分通過金屬氯化物蝕刻劑被順序地去除，從而暴露下面的摻雜的氧化矽層的一個或多個部分；使微觀結構與基於鹼金屬的蝕刻劑接觸，以去除摻雜的氧化矽層中的暴露的一個或多個部分，從而暴露下面的第二TCO層的一個或多個部分，其中第二TCO層的暴露的一個或多個部分通過鹼金屬鹼被順序地去除，從而暴露下面的基板的一個或多個部分，其中基板包含耐受或基本上耐受由基於鹼金屬的蝕刻劑造成的水解的聚合物或共聚物。在各種實施方案中，耐受由基於鹼金屬的蝕刻劑造成的水解的聚合物或共聚物可包括在主鏈中具有烯烴的聚合物或共聚物，優選環烯烴聚合物(COP)、環烯烴共聚物(COC)、或雙軸取向的聚丙烯(BOPP)、或環狀嵌段共聚物(CBC)。在各種實施方案中，基於鹼金屬的蝕刻劑可為鹼金屬氫氧化物的水性溶液，優選氫氧化鈉(NaOH)或氫氧化鉀(KOH)的水性溶液。本發明的另一個方面提供了圖案化微觀結構，其包括：撓性基板；設置在基板上的導體，其中導體包括第一透明導電氧化物(TCO)層和第二透明導電氧化物(TCO)層以及夾在所述兩個TCO層之間的金屬摻雜的氧化矽層的疊層；以及設置在導體上的金屬層，其中基板包含在主鏈中具有烯烴的聚合物或共聚物，優選環烯烴聚合物(COP)、環烯烴共聚物(COC)、或雙軸取向的聚丙烯(BOPP)、或環狀嵌段共聚物(CBC)。在某些實施方案中，圖案化微觀結構包括：撓性基板，其中基板包含環烯烴聚合物(COP)；設置在基板上的導體，其中導體包括第一透明氧化銦錫(ITO)層和第二透明氧化銦錫(ITO)層以及夾在所述兩個ITO層之間的鋁摻雜的氧化矽(SiAlOx)層的疊層；以及設置在導體上的銅(Cu)金屬層。附圖說明在附圖中，貫穿不同視圖中相同的附圖標記通常是指相同部件。附圖未必按比例繪製，相反，重點通常在於示出各種實施方案的原理。在下面的描述中，參考以下附圖描述本發明的各種實施方案。圖1A示出了圖案化微觀結構的平面圖。圖1B示出了圖1A的微觀結構的剖視圖。圖2A示出了在通過本發明的方法被圖案化之前的微觀結構。圖2B示出了在通過本發明的方法被圖案化之前具有設置在金屬層上的蝕刻停止物的微觀結構。圖2C示出了通過本發明的方法被圖案化直到暴露金屬摻雜的氧化矽層的微觀結構。圖2D示出了通過本發明的方法被圖案化直到暴露基板的微觀結構，即，通過本發明的方法獲得的最終微觀結構。圖3示出了在一個示例中的蝕刻時間對KOH溶液的濃度。具體實施方式下面的詳細描述涉及通過舉例說明的方式示出了其中可實踐本發明的具體細節和實施方案的附圖。足夠詳細地描述這些實施方案以使本領域的技術人員能夠實踐本發明。在不脫離本發明的範圍的情況下，可利用其它實施方案並可進行改變。各種實施方案未必是互相排斥的，因為一些實施方案可與一個或多個其它實施方案組合以形成新的實施方案。圖1A示出了根據各種實施方案圖案化微觀結構10的平面圖。微觀結構10可包括撓性基板12、導體14和金屬層16。可布置基板12、導體14和金屬層16，使得導體14設置在基板12上，並且金屬層16可設置在導體14上。微觀結構10可例如形成觸控螢幕面板的一部分。為了本討論並且為簡明起見，雖然微觀結構10可被稱為包括基板12、導體14和金屬層16，但本領域的技術人員應當理解和體會還可包括相應部件中的一個或多個部件。例如，在圖1A中所示的舉例說明中，多個導體14設置在基板12上，並且多個金屬層16設置在導體14上。如圖所示，多個導體14設置成彼此相分隔，並且多個金屬層16設置成彼此相分隔。在優選的實施方案中，導體14的數目對應於金屬層16的數目。在其它實施方案中，導體14的數目不對應於金屬層16的數目。圖1B示出了圖1A的微觀結構10的剖視圖。在各種實施方案中，導體14可設置在微觀結構10的基板12的兩個相對的主表面上。同樣地，金屬層16可設置在設置於微觀結構10的基板12的兩個相對的主表面上的導體14上。金屬層16的一部分可設置在導體14上，而金屬層16的另一部分可設置在基板12上(即，金屬層16的另一部分接觸基板12)，如圖1B所示。例如，導體14和金屬層16在基板12的兩個相對的主表面上的布置可適用於其中期望雙面觸控螢幕面板的應用。在其它實施方案中，導體14和金屬層16可僅設置在微觀結構10的基板12的一個表面上。在圖2D中所示的各種實施方案中，導體14可包括第一透明導電氧化物(TCO)層14A和第二透明導電氧化物(TCO)層14C以及夾在兩個TCO層14A,14C之間的金屬摻雜的氧化矽層14B的疊層。導體14的細節及其製造方法可見於PCT公開WO2013/010067中，其內容據此全文以引用方式併入用於所有目的。基板12可包含耐受或基本上耐受由鹼金屬鹼溶液造成的水解的聚合物或共聚物。換句話講，當與鹼金屬鹼溶液接觸時，基板12的聚合物或共聚物完全不水解，或如果其水解，那麼其最小限度地水解，使得10％、或9％、或8％、或7％、或6％、或5％、或4％、或3％、或2％、或1％，或更少的基板水解。可物理地檢查基板12的水解程度。例如，如果沒有顏色上的改變或發生不超過1μm的厚度減小，那麼可認為基板12已最小限度地水解。在各種實施方案中，基板12可包含在主鏈中具有烯烴的聚合物或共聚物。術語「烯烴」是指具有C＝C鍵的化合物。在各種實施方案中，基板12可包含環烯烴聚合物(COP)、環烯烴共聚物(COC)、或雙軸取向的聚丙烯(BOPP)。環烯烴聚合物可，例如由降冰片烯開環易位聚合和附加的聚合過程來合成，如在Yamazaki的分子催化雜誌A：化學(JournalofMolecularCatalysisA:Chemical)第213卷(2004年)第81頁-第87頁中所描述，其內容據此全文以引用方式併入用於所有目的。環烯烴共聚物可例如由降冰片烯(NB)與乙烯的共聚作用來合成，如在Chu等人，聚合物(Polymer)第41卷(2000年)第401頁-第404頁中所描述，其內容據此全文以引用方式併入用於所有目的。另選地，基板12可包含環狀嵌段共聚物(CBC)。環狀嵌段共聚物可例如由苯乙烯和共軛二烯的完全氫化的嵌段共聚物來合成，如在Zhou等人，信息顯示學會會志(JournaloftheSID)第18/1卷(2010年)第66頁-第75頁所描述，其內容據此全文以引用方式併入用於所有目的。在另一另選的實施方案中，基板12可包含聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)和聚醯亞胺。在一個實施方案中，基板12可包含COP。在各種實施方案中，第一TCO層14A和第二TCO層14C可包含氧化銦錫(ITO)、氟摻雜的氧化錫(FTO)或銦摻雜的氧化鋅(IZO)。第一TCO層14A和第二TCO層14C可為相同的材料或彼此不同的材料。例如，在一個實施方案中，第一TCO層14A和第二TCO層14C各自為ITO。第一TCO層14A和第二TCO層14C可具有相同或不同的厚度。例如，對於第一TCO層14A和第二TCO層14C合適的厚度可包括50nm或更小，諸如45nm、40nm、35nm、30nm、25nm、20nm或更小。在例示性實施方案中，第一TCO層14A和第二TCO層14C厚度相同，例如，約20nm-25nm。根據各種實施方案，夾在第一TCO層14A和第二TCO層14C之間的金屬摻雜的氧化矽14B可為鋁摻雜的氧化矽(SiAlOx)。在另選的實施方案中，夾在第一TCO層14A和第二TCO層14C之間的金屬摻雜的氧化矽14B可為銀或鋅摻雜的氧化矽。金屬摻雜的氧化矽14B可具有約50nm或更小的厚度，諸如45nm、40nm、35nm、30nm或更小。在某些實施方案中，導體14可包含約20nm-25nm厚度的第一ITO層14A、約20nm-25nm厚度的第二ITO層14C以及夾在兩個ITO層14A,14C之間的SiAlOx層14B的疊層，SiAlOx層14B具有約40nm-45nm的厚度。在各種實施方案中，金屬層16可包含銅(Cu)、鎳(Ni)、銀(Ag)、鈀(Pd)、金(Au)、鉬(Mo)、鈦(Ti)或它們的合金。在一個實施方案中，金屬層16可包含Cu。接著，將描述用於對如上所述的微觀結構10的一個或多個部分進行圖案化的方法。通過本發明的方法的圖案化微觀結構的形成在圖2A-圖2D中示出。圖2A示出了在通過本發明的方法被圖案化之前的微觀結構10。微觀結構10包括撓性基板12、導體14和金屬層16。布置基板12、導體14和金屬層16，使得導體14設置在基板12上，並且金屬層16設置在導體14上。導體14包括第一透明導電氧化物(TCO)層14A和第二透明導電氧化物(TCO)層14C以及夾在兩個TCO層14A,14C之間的金屬摻雜的氧化矽層14B的疊層。該方法可包括對金屬層16進行圖案化以限定金屬層16的待去除的一個或多個部分。可例如通過本領域常用的光刻技術來對金屬層16進行圖案化。在一個舉例說明中，預圖案化的蝕刻停止物或抗蝕劑18可首先設置在金屬層16上(圖2B)。換句話講，在蝕刻停止物或抗蝕劑18上預成形的圖案對應於待傳輸至下面金屬層16和底下後續層的圖案，從而限定金屬層16的待去除的一個或多個部分。在將蝕刻停止物或抗蝕劑18設置在金屬層16上之後，微觀結構10與金屬氯化物蝕刻劑接觸。金屬氯化物蝕刻劑去除金屬層16中的限定的一個或多個部分，從而暴露下面的第一TCO層14A的一個或多個部分。在金屬氯化物蝕刻劑與下面的第一TCO層14A的暴露的一個或多個部分進一步接觸時，下面的第一TCO層14A的一個或多個部分隨後通過金屬氯化物蝕刻劑去除，從而暴露下面的摻雜的氧化矽層14B的一個或多個部分(圖2C)。用於以上蝕刻步驟中的金屬氯化物蝕刻劑首先有利地去除金屬層16的一個或多個部分，之後順序地去除第一TCO層14A的一個或多個部分。在各種實施方案中，金屬氯化物蝕刻劑為鹽酸和氯化銅(CuCl2)的混合物或鹽酸和氯化鐵(FeCl3)的混合物。在去除第一TCO層14A的一個或多個部分後，微觀結構10與基於鹼金屬的蝕刻劑接觸。在該蝕刻步驟中，基於鹼金屬的蝕刻劑選擇性地去除摻雜的氧化矽層14B的暴露的一個或多個部分，從而暴露下面的第二TCO層14C的一個或多個部分。在基於鹼金屬的蝕刻劑與下面的第二TCO層14C的暴露的一個或多個部分進一步接觸時，下面的第二TCO層14C的一個或多個部分通過基於鹼金屬的蝕刻劑去除，從而暴露下面的基板12的一個或多個部分(圖2D)。此時，基於鹼金屬的蝕刻劑與基板12的暴露的一個或多個部分的進一步接觸不導致去除基板12的暴露的一個或多個部分，因為基板12被選擇為包含耐受或基本上耐受由基於鹼金屬的蝕刻劑造成的水解的聚合物或共聚物。在各種實施方案中，基於鹼金屬的蝕刻劑可為鹼金屬氫氧化物的水性溶液，諸如氫氧化鈉(NaOH)或氫氧化鉀(KOH)的水性溶液。基於所述基於鹼金屬的蝕刻劑的總重量，KOH或NaOH的濃度可在4重量％和43重量％之間。就4重量％的基於鹼金屬的蝕刻劑而言，基於鹼金屬的蝕刻劑蝕刻金屬摻雜的氧化矽層14B和第二TCO層14C，並且同時剝離蝕刻停止物/光致抗蝕劑18。就43重量％的基於鹼金屬的蝕刻劑而言，基於鹼金屬的蝕刻劑蝕刻金屬摻雜的氧化矽層14B和第二TCO層14C，但不剝離蝕刻停止物/光致抗蝕劑18。在一個實施方案中，基於鹼金屬的蝕刻劑可為4重量％的KOH。有利地，在第二接觸步驟中，基於鹼金屬的蝕刻劑可在短的時間段內和低溫下與微觀結構10接觸。在各種實施方案中，在約50℃至約90℃的溫度下約30秒至約4分鐘的接觸時間段足以去除金屬摻雜的氧化矽層14B和第二TCO層14C的一個或多個部分。在各種實施方案中，諸如在觸控螢幕應用中，基板12和導體14是透明的，具有在可見光區域內不小於88％的透明度。為了本發明可易於理解並付諸實際效果，現在將通過下列非限制性實施例的方式來描述具體實施方案。實施例在該實施例中，示出了圖案化透明導體的方法，該透明導體由ITO和SiAlOx的層以及導電金屬匯流條組成。在該方法中，將透明導體濺射在撓性透明基板的相對側上。透明導體由三個層，即，ITO(20nm-25nm)/SiAlOx(40nm-45nm)/ITO(20nm-25nm)組成。接著，將銅層濺射在透明導體上。電鍍可用於電鍍銅以製備約3μm-12μm的較厚銅層。然後，使用光刻方法對銅層和透明導體進行圖案化，由此可商購獲得的氯化銅蝕刻劑或氯化鐵蝕刻劑用於同時蝕刻銅和透明導體的ITO。由氯化銅蝕刻劑或氯化鐵蝕刻劑蝕刻SiAlOx非常困難。從而，為了增加透明導體蝕刻速率和有利於清潔蝕刻，基於鹼金屬的蝕刻溶液用於蝕刻的SiAlOx層。在這種情況下，使用鹼金屬氫氧化物諸如NaOH或KOH。鹼金屬氫氧化物可在水中溶解，以得到期望濃度(例如，4重量％-43重量％)。在暴露時間較長時，光致抗蝕劑可在KOH溶液中剝離，但銅充當掩膜並保護下面透明導體圖案。由於鹼金屬氫氧化物選擇性地蝕刻ITO和SiAlOx層，所以如就酸性蝕刻劑而言，銅層受到保護而免於過度蝕刻。就酸性蝕刻劑而言，需要較長的蝕刻時間以蝕刻SiAlOx層。因此，銅層被過度蝕刻。由於銅的過度蝕刻，所以得到銅擋板的低於100μm的細間距是個挑戰，並且為了補償側壁蝕刻需要較厚的銅層。本發明的方法採用基於鹼金屬的蝕刻劑，因此避免了與酸性蝕刻劑相關的問題。然而，就基板諸如被基於鹼金屬的蝕刻劑水解的玻璃而言，使用基於鹼金屬的蝕刻劑不是有利的。為了避免該問題，透明撓性基板選自非可水解(或基本上較少可水解)的聚合物，諸如環烯烴聚合物、環烯烴共聚物、雙軸取向的聚丙烯或環狀嵌段共聚物。此類聚合物體系不具有用於水解的醯胺、酸和酯官能團。在具體實施例中，使用來自瑞翁工業公司(Zeonindustries)的100μm厚的環烯烴聚合物(ZF-16)。在蝕刻工藝加工前後測試基板的光學特性。如以下數據所示，在蝕刻工藝加工期間，光學特性諸如透射率、霧度、清晰度和b*值不受影響。表1示出了蝕刻參數的實施例，其使用KOH作為用於基於環烯烴聚合物的基板的基於鹼金屬的蝕刻劑。在圖3中示出蝕刻時間對KOH溶液濃度。表2比較在蝕刻前後的基板的光學特性。表1.在本發明的方法中使用的蝕刻參數的實施例實施例1實施例2KOH4g43g水96g57g溫度80℃80℃蝕刻時間4分鐘0.5分鐘基板環烯烴聚合物環烯烴聚合物表2.在用鹼性蝕刻劑處理前後的COP膜的光學特性基於本發明的方法，已經實現了包括不小於89％的透射率，不大於2％的霧度和不小於98％的清晰度的基板的光學特性。本發明的方法使用COP、COC、BOPP材料，其具有特別低的延遲特性，這導致了優異的戶外可讀特性。概括地說，使用基於鹼的蝕刻劑諸如氨氣和氧化劑的常規蝕刻方法不是合適的，因為這些蝕刻劑不可蝕刻夾在兩個透明導電氧化物層之間的氧化矽或金屬摻雜的氧化矽。本公開描述了製備用於觸控螢幕傳感器的透明導體和導電金屬圖案的方法，例如，使用基於鹼金屬的蝕刻劑通過選擇耐受或基本上耐受由基於鹼金屬的蝕刻劑造成的水解的基板。所謂「包含」意指包括但不限於詞語「包含」隨後的內容。因此，使用術語「包含」指示列出的要素為需要的或強制的，但其它要素是任選的並且可或可不存在。所謂「由......組成」意指包括並且限於短語「由......組成」隨後的內容。因此，短語「由......組成」指示列出的要素為需要的或強制的，並且不可存在其它要素。本文例示性地描述的本發明可在不存在本文未具體公開的任何一種或多種要素、一種或多種要素限制的情況下進行適當地實踐。因此，例如，術語「包含」、「包括」、「含有」等應當寬泛並且沒有限制地解讀。另外，雖然本文採用的術語和表達已經用作描述而非限制的術語，並且非旨在使用此類術語和表達而排出所示和所描述的特徵或其部分的任何等同物，但應當認識到，在所要求保護的本發明的範圍內的各種修改是可以的。因此，應當理解，雖然本發明已通過優選的實施方案和任選的特徵而具體公開，但本領域的技術人員可推出本文所公開的在其中所實施的本發明的修改和變型，並且此類修改和變型被認為在本發明的範圍內。所謂「大約」與給定數值有關，諸如對於溫度和時間段，其意指包括在指定值的10％內的數值。本文已經廣義地並概括地描述了本發明。落在一般性公開內的每個較窄的種類和亞屬分組也形成本發明的一部分。這包括本發明的一般描述，其前提條件或者負面限制是將任何主題從該屬中去除，而不管被去除的材料在本文是否被具體地敘述。其它實施方案在以下權利要求書和非限制性實施例內。此外，在本發明的特徵或方面以馬庫什組來描述時，本領域的技術人員將認識到本發明也因此以馬庫什組中的任何單個成員或成員的亞組來描述。當前第1頁1 2 3