用于对微观结构进行图案化的方法与流程

本发明涉及用于对微观结构进行图案化的方法，并且特别地，涉及用于对微观结构的一个或多个部分进行图案化的方法，该微观结构包括挠性基板、设置在基板上的导体和设置在导体上的金属层，其中导体包括第一透明导电氧化物(TCO)层和第二透明导电氧化物(TCO)层以及夹在两个TCO层之间的金属掺杂的氧化硅层的叠层。
背景技术：
：触摸屏面板现在是无所不在的，并且常常用作输入和显示界面，例如，在自动取款机、移动通信设备以及导航装置中。触摸屏面板通常包括透明基部基板(例如，玻璃或聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET))和设置在基部基板上的透明导电图案(例如氧化铟锡(ITO))。然后，导电金属图案(例如，铜或银)形成在透明导电图案的边缘上，以提供汇流条并降低设备的电阻率。导电金属图案通常通过导电粘合剂附着到透明导电图案。在这种情况下，随着导电粘合剂在高温和高湿度下失效，电阻率在一段时间内增加。其它现有的方法，诸如银玻璃料，成本高并且需要待用于将线附接于其的特别昂贵的铟焊料。由于透明导电图案材料诸如ITO的差的载流容量，导电金属的电沉积是不可行的。类似地，金属的无电沉积是具有挑战性的，因为在镀槽中所需的化学品与透明导电图案材料诸如ITO发生不期望的副反应，很多情况下这导致在电镀期间透明导电图案材料诸如ITO的蚀刻。印刷在透明导电图案材料诸如ITO上的银墨广泛用于提供汇流条。该方法是非常昂贵的，并且不适用于细间距图案。因此，仍然需要提供克服或至少緩解上述问题的图案化方法。技术实现要素：根据本发明的第一方面，存在提供用于对微观结构的一个或多个部分进行图案化的方法，该微观结构包括挠性基板、设置在基板上的导体和设置在导体上的金属层，其中导体包括第一透明导电氧化物(TCO)层和第二透明导电氧化物(TCO)层以及夹在两个TCO层之间的金属掺杂的氧化硅层的叠层。该方法包括：对金属层进行图案化以限定金属层的待去除的一个或多个部分；使微观结构与金属氯化物蚀刻剂接触，以去除金属层中的限定的一个或多个部分，从而暴露下面的第一TCO层的一个或多个部分，其中第一TCO层的暴露的一个或多个部分通过金属氯化物蚀刻剂被顺序地去除，从而暴露下面的掺杂的氧化硅层的一个或多个部分；使微观结构与基于碱金属的蚀刻剂接触，以去除掺杂的氧化硅层中的暴露的一个或多个部分，从而暴露下面的第二TCO层的一个或多个部分，其中第二TCO层的暴露的一个或多个部分通过碱金属碱被顺序地去除，从而暴露下面的基板的一个或多个部分，其中基板包含耐受或基本上耐受由基于碱金属的蚀刻剂造成的水解的聚合物或共聚物。在各种实施方案中，耐受由基于碱金属的蚀刻剂造成的水解的聚合物或共聚物可包括在主链中具有烯烃的聚合物或共聚物，优选环烯烃聚合物(COP)、环烯烃共聚物(COC)、或双轴取向的聚丙烯(BOPP)、或环状嵌段共聚物(CBC)。在各种实施方案中，基于碱金属的蚀刻剂可为碱金属氢氧化物的水性溶液，优选氢氧化钠(NaOH)或氢氧化钾(KOH)的水性溶液。本发明的另一个方面提供了图案化微观结构，其包括：挠性基板；设置在基板上的导体，其中导体包括第一透明导电氧化物(TCO)层和第二透明导电氧化物(TCO)层以及夹在所述两个TCO层之间的金属掺杂的氧化硅层的叠层；以及设置在导体上的金属层，其中基板包含在主链中具有烯烃的聚合物或共聚物，优选环烯烃聚合物(COP)、环烯烃共聚物(COC)、或双轴取向的聚丙烯(BOPP)、或环状嵌段共聚物(CBC)。在某些实施方案中，图案化微观结构包括：挠性基板，其中基板包含环烯烃聚合物(COP)；设置在基板上的导体，其中导体包括第一透明氧化铟锡(ITO)层和第二透明氧化铟锡(ITO)层以及夹在所述两个ITO层之间的铝掺杂的氧化硅(SiAlOx)层的叠层；以及设置在导体上的铜(Cu)金属层。附图说明在附图中，贯穿不同视图中相同的附图标记通常是指相同部件。附图未必按比例绘制，相反，重点通常在于示出各种实施方案的原理。在下面的描述中，参考以下附图描述本发明的各种实施方案。图1A示出了图案化微观结构的平面图。图1B示出了图1A的微观结构的剖视图。图2A示出了在通过本发明的方法被图案化之前的微观结构。图2B示出了在通过本发明的方法被图案化之前具有设置在金属层上的蚀刻停止物的微观结构。图2C示出了通过本发明的方法被图案化直到暴露金属掺杂的氧化硅层的微观结构。图2D示出了通过本发明的方法被图案化直到暴露基板的微观结构，即，通过本发明的方法获得的最终微观结构。图3示出了在一个示例中的蚀刻时间对KOH溶液的浓度。具体实施方式下面的详细描述涉及通过举例说明的方式示出了其中可实践本发明的具体细节和实施方案的附图。足够详细地描述这些实施方案以使本领域的技术人员能够实践本发明。在不脱离本发明的范围的情况下，可利用其它实施方案并可进行改变。各种实施方案未必是互相排斥的，因为一些实施方案可与一个或多个其它实施方案组合以形成新的实施方案。图1A示出了根据各种实施方案图案化微观结构10的平面图。微观结构10可包括挠性基板12、导体14和金属层16。可布置基板12、导体14和金属层16，使得导体14设置在基板12上，并且金属层16可设置在导体14上。微观结构10可例如形成触摸屏面板的一部分。为了本讨论并且为简明起见，虽然微观结构10可被称为包括基板12、导体14和金属层16，但本领域的技术人员应当理解和体会还可包括相应部件中的一个或多个部件。例如，在图1A中所示的举例说明中，多个导体14设置在基板12上，并且多个金属层16设置在导体14上。如图所示，多个导体14设置成彼此相分隔，并且多个金属层16设置成彼此相分隔。在优选的实施方案中，导体14的数目对应于金属层16的数目。在其它实施方案中，导体14的数目不对应于金属层16的数目。图1B示出了图1A的微观结构10的剖视图。在各种实施方案中，导体14可设置在微观结构10的基板12的两个相对的主表面上。同样地，金属层16可设置在设置于微观结构10的基板12的两个相对的主表面上的导体14上。金属层16的一部分可设置在导体14上，而金属层16的另一部分可设置在基板12上(即，金属层16的另一部分接触基板12)，如图1B所示。例如，导体14和金属层16在基板12的两个相对的主表面上的布置可适用于其中期望双面触摸屏面板的应用。在其它实施方案中，导体14和金属层16可仅设置在微观结构10的基板12的一个表面上。在图2D中所示的各种实施方案中，导体14可包括第一透明导电氧化物(TCO)层14A和第二透明导电氧化物(TCO)层14C以及夹在两个TCO层14A,14C之间的金属掺杂的氧化硅层14B的叠层。导体14的细节及其制造方法可见于PCT公开WO2013/010067中，其内容据此全文以引用方式并入用于所有目的。基板12可包含耐受或基本上耐受由碱金属碱溶液造成的水解的聚合物或共聚物。换句话讲，当与碱金属碱溶液接触时，基板12的聚合物或共聚物完全不水解，或如果其水解，那么其最小限度地水解，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。可物理地检查基板12的水解程度。例如，如果没有颜色上的改变或发生不超过1μm的厚度减小，那么可认为基板12已最小限度地水解。在各种实施方案中，基板12可包含在主链中具有烯烃的聚合物或共聚物。术语“烯烃”是指具有C＝C键的化合物。在各种实施方案中，基板12可包含环烯烃聚合物(COP)、环烯烃共聚物(COC)、或双轴取向的聚丙烯(BOPP)。环烯烃聚合物可，例如由降冰片烯开环易位聚合和附加的聚合过程来合成，如在Yamazaki的分子催化杂志A：化学(JournalofMolecularCatalysisA:Chemical)第213卷(2004年)第81页-第87页中所描述，其内容据此全文以引用方式并入用于所有目的。环烯烃共聚物可例如由降冰片烯(NB)与乙烯的共聚作用来合成，如在Chu等人，聚合物(Polymer)第41卷(2000年)第401页-第404页中所描述，其内容据此全文以引用方式并入用于所有目的。另选地，基板12可包含环状嵌段共聚物(CBC)。环状嵌段共聚物可例如由苯乙烯和共轭二烯的完全氢化的嵌段共聚物来合成，如在Zhou等人，信息显示学会会志(JournaloftheSID)第18/1卷(2010年)第66页-第75页所描述，其内容据此全文以引用方式并入用于所有目的。在另一另选的实施方案中，基板12可包含聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)和聚酰亚胺。在一个实施方案中，基板12可包含COP。在各种实施方案中，第一TCO层14A和第二TCO层14C可包含氧化铟锡(ITO)、氟掺杂的氧化锡(FTO)或铟掺杂的氧化锌(IZO)。第一TCO层14A和第二TCO层14C可为相同的材料或彼此不同的材料。例如，在一个实施方案中，第一TCO层14A和第二TCO层14C各自为ITO。第一TCO层14A和第二TCO层14C可具有相同或不同的厚度。例如，对于第一TCO层14A和第二TCO层14C合适的厚度可包括50nm或更小，诸如45nm、40nm、35nm、30nm、25nm、20nm或更小。在例示性实施方案中，第一TCO层14A和第二TCO层14C厚度相同，例如，约20nm-25nm。根据各种实施方案，夹在第一TCO层14A和第二TCO层14C之间的金属掺杂的氧化硅14B可为铝掺杂的氧化硅(SiAlOx)。在另选的实施方案中，夹在第一TCO层14A和第二TCO层14C之间的金属掺杂的氧化硅14B可为银或锌掺杂的氧化硅。金属掺杂的氧化硅14B可具有约50nm或更小的厚度，诸如45nm、40nm、35nm、30nm或更小。在某些实施方案中，导体14可包含约20nm-25nm厚度的第一ITO层14A、约20nm-25nm厚度的第二ITO层14C以及夹在两个ITO层14A,14C之间的SiAlOx层14B的叠层，SiAlOx层14B具有约40nm-45nm的厚度。在各种实施方案中，金属层16可包含铜(Cu)、镍(Ni)、银(Ag)、钯(Pd)、金(Au)、钼(Mo)、钛(Ti)或它们的合金。在一个实施方案中，金属层16可包含Cu。接着，将描述用于对如上所述的微观结构10的一个或多个部分进行图案化的方法。通过本发明的方法的图案化微观结构的形成在图2A-图2D中示出。图2A示出了在通过本发明的方法被图案化之前的微观结构10。微观结构10包括挠性基板12、导体14和金属层16。布置基板12、导体14和金属层16，使得导体14设置在基板12上，并且金属层16设置在导体14上。导体14包括第一透明导电氧化物(TCO)层14A和第二透明导电氧化物(TCO)层14C以及夹在两个TCO层14A,14C之间的金属掺杂的氧化硅层14B的叠层。该方法可包括对金属层16进行图案化以限定金属层16的待去除的一个或多个部分。可例如通过本领域常用的光刻技术来对金属层16进行图案化。在一个举例说明中，预图案化的蚀刻停止物或抗蚀剂18可首先设置在金属层16上(图2B)。换句话讲，在蚀刻停止物或抗蚀剂18上预成形的图案对应于待传输至下面金属层16和底下后续层的图案，从而限定金属层16的待去除的一个或多个部分。在将蚀刻停止物或抗蚀剂18设置在金属层16上之后，微观结构10与金属氯化物蚀刻剂接触。金属氯化物蚀刻剂去除金属层16中的限定的一个或多个部分，从而暴露下面的第一TCO层14A的一个或多个部分。在金属氯化物蚀刻剂与下面的第一TCO层14A的暴露的一个或多个部分进一步接触时，下面的第一TCO层14A的一个或多个部分随后通过金属氯化物蚀刻剂去除，从而暴露下面的掺杂的氧化硅层14B的一个或多个部分(图2C)。用于以上蚀刻步骤中的金属氯化物蚀刻剂首先有利地去除金属层16的一个或多个部分，之后顺序地去除第一TCO层14A的一个或多个部分。在各种实施方案中，金属氯化物蚀刻剂为盐酸和氯化铜(CuCl2)的混合物或盐酸和氯化铁(FeCl3)的混合物。在去除第一TCO层14A的一个或多个部分后，微观结构10与基于碱金属的蚀刻剂接触。在该蚀刻步骤中，基于碱金属的蚀刻剂选择性地去除掺杂的氧化硅层14B的暴露的一个或多个部分，从而暴露下面的第二TCO层14C的一个或多个部分。在基于碱金属的蚀刻剂与下面的第二TCO层14C的暴露的一个或多个部分进一步接触时，下面的第二TCO层14C的一个或多个部分通过基于碱金属的蚀刻剂去除，从而暴露下面的基板12的一个或多个部分(图2D)。此时，基于碱金属的蚀刻剂与基板12的暴露的一个或多个部分的进一步接触不导致去除基板12的暴露的一个或多个部分，因为基板12被选择为包含耐受或基本上耐受由基于碱金属的蚀刻剂造成的水解的聚合物或共聚物。在各种实施方案中，基于碱金属的蚀刻剂可为碱金属氢氧化物的水性溶液，诸如氢氧化钠(NaOH)或氢氧化钾(KOH)的水性溶液。基于所述基于碱金属的蚀刻剂的总重量，KOH或NaOH的浓度可在4重量％和43重量％之间。就4重量％的基于碱金属的蚀刻剂而言，基于碱金属的蚀刻剂蚀刻金属掺杂的氧化硅层14B和第二TCO层14C，并且同时剥离蚀刻停止物/光致抗蚀剂18。就43重量％的基于碱金属的蚀刻剂而言，基于碱金属的蚀刻剂蚀刻金属掺杂的氧化硅层14B和第二TCO层14C，但不剥离蚀刻停止物/光致抗蚀剂18。在一个实施方案中，基于碱金属的蚀刻剂可为4重量％的KOH。有利地，在第二接触步骤中，基于碱金属的蚀刻剂可在短的时间段内和低温下与微观结构10接触。在各种实施方案中，在约50℃至约90℃的温度下约30秒至约4分钟的接触时间段足以去除金属掺杂的氧化硅层14B和第二TCO层14C的一个或多个部分。在各种实施方案中，诸如在触摸屏应用中，基板12和导体14是透明的，具有在可见光区域内不小于88％的透明度。为了本发明可易于理解并付诸实际效果，现在将通过下列非限制性实施例的方式来描述具体实施方案。实施例在该实施例中，示出了图案化透明导体的方法，该透明导体由ITO和SiAlOx的层以及导电金属汇流条组成。在该方法中，将透明导体溅射在挠性透明基板的相对侧上。透明导体由三个层，即，ITO(20nm-25nm)/SiAlOx(40nm-45nm)/ITO(20nm-25nm)组成。接着，将铜层溅射在透明导体上。电镀可用于电镀铜以制备约3μm-12μm的较厚铜层。然后，使用光刻方法对铜层和透明导体进行图案化，由此可商购获得的氯化铜蚀刻剂或氯化铁蚀刻剂用于同时蚀刻铜和透明导体的ITO。由氯化铜蚀刻剂或氯化铁蚀刻剂蚀刻SiAlOx非常困难。从而，为了增加透明导体蚀刻速率和有利于清洁蚀刻，基于碱金属的蚀刻溶液用于蚀刻的SiAlOx层。在这种情况下，使用碱金属氢氧化物诸如NaOH或KOH。碱金属氢氧化物可在水中溶解，以得到期望浓度(例如，4重量％-43重量％)。在暴露时间较长时，光致抗蚀剂可在KOH溶液中剥离，但铜充当掩膜并保护下面透明导体图案。由于碱金属氢氧化物选择性地蚀刻ITO和SiAlOx层，所以如就酸性蚀刻剂而言，铜层受到保护而免于过度蚀刻。就酸性蚀刻剂而言，需要较长的蚀刻时间以蚀刻SiAlOx层。因此，铜层被过度蚀刻。由于铜的过度蚀刻，所以得到铜挡板的低于100μm的细间距是个挑战，并且为了补偿侧壁蚀刻需要较厚的铜层。本发明的方法采用基于碱金属的蚀刻剂，因此避免了与酸性蚀刻剂相关的问题。然而，就基板诸如被基于碱金属的蚀刻剂水解的玻璃而言，使用基于碱金属的蚀刻剂不是有利的。为了避免该问题，透明挠性基板选自非可水解(或基本上较少可水解)的聚合物，诸如环烯烃聚合物、环烯烃共聚物、双轴取向的聚丙烯或环状嵌段共聚物。此类聚合物体系不具有用于水解的酰胺、酸和酯官能团。在具体实施例中，使用来自瑞翁工业公司(Zeonindustries)的100μm厚的环烯烃聚合物(ZF-16)。在蚀刻工艺加工前后测试基板的光学特性。如以下数据所示，在蚀刻工艺加工期间，光学特性诸如透射率、雾度、清晰度和b*值不受影响。表1示出了蚀刻参数的实施例，其使用KOH作为用于基于环烯烃聚合物的基板的基于碱金属的蚀刻剂。在图3中示出蚀刻时间对KOH溶液浓度。表2比较在蚀刻前后的基板的光学特性。表1.在本发明的方法中使用的蚀刻参数的实施例实施例1实施例2KOH4g43g水96g57g温度80℃80℃蚀刻时间4分钟0.5分钟基板环烯烃聚合物环烯烃聚合物表2.在用碱性蚀刻剂处理前后的COP膜的光学特性基于本发明的方法，已经实现了包括不小于89％的透射率，不大于2％的雾度和不小于98％的清晰度的基板的光学特性。本发明的方法使用COP、COC、BOPP材料，其具有特别低的延迟特性，这导致了优异的户外可读特性。概括地说，使用基于碱的蚀刻剂诸如氨气和氧化剂的常规蚀刻方法不是合适的，因为这些蚀刻剂不可蚀刻夹在两个透明导电氧化物层之间的氧化硅或金属掺杂的氧化硅。本公开描述了制备用于触摸屏传感器的透明导体和导电金属图案的方法，例如，使用基于碱金属的蚀刻剂通过选择耐受或基本上耐受由基于碱金属的蚀刻剂造成的水解的基板。所谓“包含”意指包括但不限于词语“包含”随后的内容。因此，使用术语“包含”指示列出的要素为需要的或强制的，但其它要素是任选的并且可或可不存在。所谓“由......组成”意指包括并且限于短语“由......组成”随后的内容。因此，短语“由......组成”指示列出的要素为需要的或强制的，并且不可存在其它要素。本文例示性地描述的本发明可在不存在本文未具体公开的任何一种或多种要素、一种或多种要素限制的情况下进行适当地实践。因此，例如，术语“包含”、“包括”、“含有”等应当宽泛并且没有限制地解读。另外，虽然本文采用的术语和表达已经用作描述而非限制的术语，并且非旨在使用此类术语和表达而排出所示和所描述的特征或其部分的任何等同物，但应当认识到，在所要求保护的本发明的范围内的各种修改是可以的。因此，应当理解，虽然本发明已通过优选的实施方案和任选的特征而具体公开，但本领域的技术人员可推出本文所公开的在其中所实施的本发明的修改和变型，并且此类修改和变型被认为在本发明的范围内。所谓“大约”与给定数值有关，诸如对于温度和时间段，其意指包括在指定值的10％内的数值。本文已经广义地并概括地描述了本发明。落在一般性公开内的每个较窄的种类和亚属分组也形成本发明的一部分。这包括本发明的一般描述，其前提条件或者负面限制是将任何主题从该属中去除，而不管被去除的材料在本文是否被具体地叙述。其它实施方案在以下权利要求书和非限制性实施例内。此外，在本发明的特征或方面以马库什组来描述时，本领域的技术人员将认识到本发明也因此以马库什组中的任何单个成员或成员的亚组来描述。当前第1页1 2 3