DE60024046T2 - Verfahren zum drucken eines katalysators für die stromlose plattierung - Google Patents

Verfahren zum drucken eines katalysators für die stromlose plattierung Download PDF

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Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur stromlosen Deposition eines leitfähigen Materials auf einem Substrat unter Verwendung eines Stempels mit einer Oberfläche, auf der Tinte angebracht ist, wobei das Substrat vorkonditioniert wird, indem eine Kristallkeimschicht mit einer gesteigerten Affinität zwischen der Tinte und dem vorkonditionierten Substrat bereitgestellt wird, und die Oberfläche des Stempels mit dem vorkonditionierten Substrat in Kontakt gebracht wird. Nach Entfernen des Stempels von dem Substrat wird das bedruckte Substrat in ein Plattierbad eingetaucht, in dem Metallionen gelöst sind und sich auf den bedruckten Bereichen des Substrats abscheiden, um metallische Strukturen zu bilden.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Stromlose Deposition eines leitfähigen Materials, wie von Metallen, ist ein allgemein bekannter Prozess zum Erzeugen feiner Metallstrukturen in Leiterplatten. Stromlose Deposition geschieht mittels eines autokatalytischen Redox-Prozesses, bei dem das Kation des aufzubringenden Metalls aus einem Plattierbad durch ein reduzierendes Agens, das in diesem Bad gelöst ist, auf die Oberfläche eines Katalysators reduziert wird, der zur Initiierung der Deposition verwendet wird. Nichtkatalytische Oberflächen müssen daher zuerst mit dem Katalysator, wie zum Beispiel Palladium, aktiviert werden, bevor eine Metallisierung auftreten kann.
  • Selektive stromlose Deposition kann entweder durch die selektive Deaktivierung eines katalytischen Substrats oder durch die selektive Aktivierung mittels eines Katalysators auf einer nicht reaktiven Oberfläche erreicht werden. Gegenwärtige stromlose Depositionsprozesse beruhen auf einer Photostrukturierung, um die katalytische Struktur auf dem Substrat zu definieren. Diese Vorgehensweise erfordert jedoch kostenintensive lithographische Einrichtungen und Anlagen. Außerdem ist die Beschichtung von großen Substraten mittels Deposition der zu strukturierenden katalytischen Schicht nicht trivial und sehr teuer.
  • Eine weitere Vorgehensweise zur Erzeugung eines strukturierten Katalysators ist in P. C. Hidbers Artikel "Microcontact Printing of Palladium Colloids: Micron-Scale Patterning by Electroless Deposition of Copper", Langmuir 1996, 12, Seiten 1275 bis 1380 beschrieben. In dieser Arbeit wird ein Stempel mit einer Struktur im Mikrometerbereich dazu verwendet, den Katalysator mittels Mikrokontaktdrucken auf eine Oberfläche zu bringen. Als erstes wird der Stempel mit einer Struktur im Mikrometerbereich mit Tinte mit einer Lösung von Kolloiden versehen, die als Katalysator für die nachfolgende selektive stromlose Deposition von zum Beispiel Kupfer dienen. In diesem Beispiel besteht der Stempel aus einem Elastomermaterial und wird mit einer Lösung von Toluol mit Tinte versehen, in der Pd-Kolloide gelöst sind. Bevor die Oberfläche des Substrats mit der mit Tinte versehenen, mikrostrukturierten Oberfläche des Stempels, die mit Pd-Kolloiden bedeckt ist, in Kontakt gebracht wird, wird die Oberfläche des Substrats vorkonditioniert, um die Wechselwirkung zwischen dem Katalysator und dem Zielsubstrat zu erhöhen. Die Vorbehandlung des Substrats beinhaltet eine Reinigung der Oberfläche, eine Oxidation der Oberfläche, um Oberflächen-Hydroxylgruppen zu bilden, und eine Silanisierung der Oberfläche durch Eintauchen derselben in eine Lösung von Organosilanen, in Ethanol oder Heptan. Nach der Vorbehandlung der Oberfläche des Substrats wird der Stempel auf dem vorbehandelten Substrat angebracht, wobei Pd-Kolloide in den Bereichen des Kontakts zu der Oberfläche des Substrats transferiert werden, wodurch die katalytische Pd-Struktur gebildet wird. Nach dem Entfernen des Stempels von der Substratoberfläche wird das Substrat in ein Plattierbad eingetaucht, das gelöste metallische Ionen enthält, wie Kuprat. Eine Metallisierung tritt nur dort auf, wo das Substrat mit dem Palladium-Kolloid aktiviert ist, so dass metallische Kupferstrukturen dort gebildet werden, wo der Katalysator aufgedruckt wurde.
  • Die vorstehend erwähnte Technik leidet jedoch an wichtigen Nachteilen. Erstens sind Kolloide Partikel, die in einer Flüssigkeit aggregiert sind und durch Anziehungskräfte aneinander gehalten werden und eine Gesamtheit mit einer viel größeren Abmessung als ihre einzelnen Komponenten bilden und auf die demzufolge die Schwerkraft einen Effekt hat, so dass eine ungesteuerte Deposition an Grenzflächen zwischen Feststoff und Flüssigkeit (zum Beispiel Boden eines chemischen Kolbens und Oberflächen der Stempel) auftreten kann, Zweitens schließt die undefinierte Natur dieser Anziehungskräfte eine lange Lebensdauer der Kolloidlösung aus; Tintenlösungen mit katalytischen Kolloiden müssen nach ihrer Herstellung frisch verbraucht werden. Die zwei zuvor erwähnten Punkte beeinflussen eine homogene Verteilung der Palladium-Kolloide auf Stempeln nach deren Belegung mit Tinte nachteilig, was zu einer inhomogenen Verteilung der Palladium-Kolloide führt und so in einer unregelmäßigen Dicke und Dichte des auf der Substratoberfläche aufgedruckten kolloidalen Katalysators resultiert, was dann zu einer unregelmäßigen stromlosen Deposition einer Metallschicht auf den mit dem Katalysator bedeckten Flächen des Substrats führt.
  • Des Weiteren begrenzt die typische mikroskopische Abmessung von Palladium-Kolloiden die Auflösung der stromlos plattierten Kupferstruktur, da die mittlere Abmessung der kolloidalen Spezies bis zu 0,5 μm betragen kann.
  • Des Weiteren sind die Pd-Kolloide in den meisten üblicherweise verwendeten Lösungsmitteln, wie Wasser oder Ethanol, nicht gut löslich. Wenn jedoch Toluol als Lösungsmittel für Palladium-Kolloide verwendet wird, ist die Suspension stabil und für Monate aktiv in der Lösung, Toluol ist jedoch ein starkes Lösungsmittel für viele Arten von Polymeren und zerstört zum Beispiel Stempel, die aus PDMS (Polydimethylsiloxan) bestehen, nach einer einzigen Verwendung, wenn der Stempel in Toluol eingetaucht oder mit demselben bedeckt. wird. Experimente zeigen, dass wenn der elastomere Stempel während der Belegung des Stempels mit Tinte mit einem dünnen Film von Toluol bedeckt wird, Toluol den Stempel selbst während einer kurzen Tintenbelegungszeit dramatisch anschwellen lässt, was lokale und langreichweitige Verzerrungen der Mikrostrukturen induziert und die Qualität des Kontakts zwischen dem Stempel und dem Substrat während des Druckens reduziert.
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum stromlosen Aufbringen eines leitfähigen Materials auf ein Substrat unter Verwendung eines Stempels mit einer Oberfläche bereitzustellen, auf die Tinte aufgebracht wird, wobei das Substrat vorkonditioniert wird, indem eine Kristallkeimschicht mit einer gesteigerten Affinität zwischen der Tinte und dem vorkonditionierten Substrat bereitgestellt wird, und die Oberfläche des Stempels mit dem vorkonditionierten Substrat in Kontakt gebracht wird, wodurch alle die vorstehend beim Beschreiben des Standes der Technik aufgelisteten Nachteile vermieden werden. Das erfinderische Verfahren verhindert jegliche Deformation des Stempels, die durch das Lösungsmittel verursacht wird, in dem der Stempel mit Tinte versehen wird. Um eine stromlose Deposition eines Metalls in Strukturen auf dem Substrat mit hoher Qualität zu erreichen, besteht eine Aufgabe der Erfindung außerdem darin, die strukturierte Schicht aus einem Katalysator mit einer homogenen Dicke, hoher Reinheit und hoher Dichte auf dem Substrat aufzubringen.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur stromlosen Deposition eines leitfähigen Materials auf einem Substrat. Das Substrat kann ein leitfähiges oder nicht leitfähiges Material sein, das vorzugsweise aus Glas, dotiertem oder nicht dotiertem Si, SiO2 oder Polymeren besteht. Im Folgenden wird das Substrat mittels eines Mikrokontaktdruckvorgangs unter Verwendung eines mit Tinte versehenen Stempels strukturiert, um katalytische Partikel für eine stromlose Deposition von Metallen aus der Tinte auf dem Stempel für das Zielsubstrat bereitzustellen. Vor dem Druckvorgang wird das Substrat zuerst mit einer Kristallkeimschicht vorkonditioniert, um die Affinität zwischen den katalytischen Partikeln von der Tinte und dem Substrat zu steigern. Für die Kristallkeimschicht geeignet ist ein dünner aufgedampfter Film aus Titan mit einer Dicke von wenigstens 0,5 nm. Für die Kristallkeimschicht kann auch eine dünne, selbstaufgebaute Monoschicht verwendet werden, die aus einer Lösung oder einem Sol gebildet und aus einer Flüssigphase an dem Zielsubstrat angebracht wird. Alternativ sind Substrate möglich, die durch einfache Oxidation mittels einer Plasmabehandlung auf O2-Basis oder Eintauchen in eine Lösung, die Oxidationsmittel enthält, wie H2SO4/H2O2, hydrophil gemacht wurden. Ein Aufrauen der Oberfläche des Substrats mit mechanischem Polieren und Ätzvorgängen aus der Gasphase oder nasschemischen Ätzvorgängen ist ebenfalls möglich, um die Wechselwirkung zwischen dem aufzudruckenden Katalysator und dem Substrat zu steigern.
  • Die Oberfläche des Stempels wird außerdem vorkonditioniert, um seine Oberfläche durch jegliche polare Tinte benetzbar zu machen. Dies ermöglicht direkt die Verwendung von polaren Katalysatoren oder polaren katalytischen Vorprodukten in der Tinte und löst Probleme, die mit der Verwendung von kolloidalen Katalysatoren, wie Pd-Kolloiden, verknüpft sind. Um die Oberfläche des Stempels durch die Tinte benetzbar zu machen, wird die Oberfläche des Stempels zuerst einem O2-Plasma ausgesetzt oder wird mittels Nasschemie oxidiert. Dieser Vorgang ist sehr vorteilhaft, da Katalysatoren üblicherweise polar sind, und das beste Material, um strukturierte Stempel zu bilden, Polydimethylsiloxan ist, das ein hydrophobes Material ist. Der hydrophile Zustand der Oberfläche des Stempels ist sehr vorteilhaft, um polare Katalysatoren aus einer wässrigen oder ethanolhaltigen Tintenlösung aufzunehmen, indem einfach die Tinte auf dem Stempel angebracht wird.
  • Nach einer Vorbehandlung der Oberfläche des Stempels und einer Vorkonditionierung des Substrats wird ein Transfer des Katalysators von dem Stempel auf das Substrat in den Kontaktbereichen zwischen dem Stempel und dem Substrat während eines Druckschritts erreicht. Nach Entfernung des Stempels von dem Substrat verbleibt wenigstens ein Teil des Katalysators, der anfänglich auf dem Stempel vorhanden ist, auf der Oberfläche des Substrats. Die aufgedruckte katalytische Struktur kann in einem nachfolgenden Schritt eine stromlose Deposition von metallischen Ionen, wie Kupfer, aus einem Plattierungsbad initiieren, um metallische Strukturen zu bilden, die mit der gedruckten katalytischen Struktur übereinstimmen.
  • Einer der Hauptvorteile des erfinderischen Verfahrens besteht in der Verwendung eines polaren Katalysators in einer molekularen Form, die stabil ist, eine hohe Auflösung beim Drucken von Strukturen bereitstellt und in einer wässrigen oder ethanolhaltigen Lösung sehr gut löslich ist.
  • [Cl2Pd(NC(CH2)16-CH3)2] ist zum Beispiel ein geeigneter Katalysator für eine stromlose Deposition von Cu und ist in Ethanol löslich. Pd(II)-Komplexe sind weitere mögliche Katalysatoren für dieses Verfahren, da sie Katalysatoren für eine stromlose Deposition von Cu und löslich in Ethanol oder/und Wasser sind. Diese umfassen zum Beispiel, sind jedoch nicht darauf beschränkt, Pd(II)Cl4 2–, Pd(II)Cl3(H2O), Pd(II)Cl2(H2O)2 und [Cl2Pd(II)(NC-CH3)2], [Cl2Pd(II)(NC-(CH2)n-CH3)2], wobei n > 0.
  • Es besteht keine Notwendigkeit, dass ein katalytischer Komplex in einem bestimmten Oxidationszustand vorliegt: Der katalytische Komplex kann negativ oder positiv geladen oder neutral sein, insbesondere kann das Metall des Katalysators oxidiert, teilweise oxidiert oder neutral sein. Unabhängig von seiner Ladung sollte der Katalysator polar sein, um in Wasser oder Ethanol löslich zu sein. Es ist außerdem möglich, einen oxidierten Katalysator zu verwenden und ihn aufzudrucken, der Katalysator wird jedoch während des Druckvorgangs oder davor oder dann reduziert, wenn er dem Plattierungsbad ausgesetzt wird. Wenn Pd(II) verwendet wird, wird das Palladiumion während des Aufdruckvorgangs durch die Ti-Schicht, die das Substrat konditioniert, und/oder durch chemische Spezies in dem Plattierungsbad, wie Formaldehyd, zu Pd(0) (metallischem Palladium) reduziert. In beiden Fällen werden Ti oder die chemischen Spezies in dem Bad oxidiert, während Pd auf der Oberfläche des Substrats reduziert wird. Wenn ein oxidierter Palladiumkomplex zum Drucken verwendet wird, macht ihn seine Reduktion zu Pd(0) während des Druckvorgangs oder in dem Plattierungsbad katalytisch aktiv für eine stromlose Deposition von Metallen, wie Kupfer.
  • Wie vorstehend erwähnt, wird die Oberfläche des Substrats vorkonditioniert, indem eine Kristallkeimschicht mit einer gesteigerten Affinität zwischen dem Katalysator und dem Substrat bereitgestellt wird. Alternativ zum Aufbringen einer Ti-Schicht auf die Oberfläche des Substrats können Monoschichten durch Selbstaufbau gebildet werden, zum Beispiel aus Trichlorsilanen auf Oxiden, wie Glas. Trichlorsilane können mit einer Funktion versehen sein, die mit dem Trichlorsilan-Chemisorptionsteil des Moleküls nicht wechselwirkt. Beispiele sind Trichlorsilan-Alkylchlorid, Trichlorsilan-Alkylbromid, Trichlorsilan-Alkyljod, Trichlorsilan-Alken. Monoschichten können auch aus Chlordimethylsilanen, Dichlormethylsilanen, Trimethoxysilanen aufgebaut werden, sämtlich auf ihrer Alkylkette funktionalisiert oder nicht. Monoschichten können auch aus Dimethylmethoxysilanen, Methyldimethoxysilanen, Trimethoxysilanen, Dimethylethoxysilanen, Methyldiethoxysilanen oder Triethoxysilanen aufgebaut werden. Für alle diese Verbindungen können die Alkylketten mit Funktionen versehen sein, die mit den Silan-Chemisorptionsgruppen kompatibel sind: -NH2, -NHR, -NRR', -Cl, -Br, -vinyl, -SH, -CN, -(polyethylenglykole) sind mögliche Funktionen.
  • Ein weiteres Verfahren zur Bildung einer Kristallkeimschicht besteht in der Anbringung eines Sols aus einer Flüssigphase auf der Oberfläche des Substrats. Sole können Silicatsole, Aluminatsole und zum Beispiel Titanatsole beinhalten.
  • Zusätzlich zu den zuvor erwähnten Alternativen kann die Oberfläche eines Substrats durch eine einfache Oxidation mittels einer auf O2 basierenden Plasmabehandlung oder Eintauchen in eine Lösung, die Oxidationsmittel enthält, wie H2SO4/H2O2, hydrophil gemacht werden. Ätzen der Oberfläche des Substrats ist eine weitere Art, die Eigenschaften der Oberfläche äußerlich zu verändern. Das Eintauchen des Substrats in eine Lösung von SnCl2 ist ebenfalls geeignet, da dadurch Oxidoberflächen, wie Glas und Siliciumoxide, mit SnCl2 entstehen, die nachfolgend Katalysatoren, wie PdCl2, während des Druckvorgangs auf der Oberfläche fixieren.
  • Eine dieser vorigen Transformationen des Substrats ist jedoch vorteilhaft, um die Affinität zwischen dem Katalysator und der Oberfläche zu fördern, seine Diffusion auf der Oberfläche zu reduzieren und die Haftung des Katalysators und des Metalldeposits an dem Substrat zu erhöhen.
  • Es ist ein zweites erfinderisches Verfahren zur stromlosen Deposition eines leitfähigen Materials auf einem Substrat beschrieben, das ebenfalls die Mikrokontakt-Drucktechnik verwendet, wie es in dem zuvor erwähnten Verfahren der Fall ist. Im Gegensatz zu dem zuvor erwähnten Verfahren, bei dem der Stempel zum Beispiel dadurch vorkonditioniert wird, dass die Oberfläche des Stempels einem O2-Plasma ausgesetzt wird, um die Oberfläche des Stempels hydrophil zu machen, wird der Stempel in dem zweiten erfinderischen Verfahren nicht vorkonditioniert, besteht jedoch ebenfalls aus einem Elastomermaterial, wie Polydimethylsiloxan. In diesem Verfahren wird das Katalysatormaterial auf der Oberfläche des Substrats in Form einer Kristallkeimschicht bereitgestellt. Diese Schicht besteht vorzugsweise aus einer Goldschicht, die als Katalysator für die stromlose Deposition metallischer Ionen aus einer Lösung in einem nachfolgenden Plattierungsschritt wirkt.
  • Somit beschichtet die Katalysatorschicht das Substrat vor einem Druckschritt homogen und kann daraufhin durch Aufdrucken eines Resists unter Verwendung des zuvor mit einem resistbildenden Material belegten Stempels strukturiert werden.
  • Ein geeignetes Material zum Bilden des Resists auf der Katalysatorschicht beinhaltet Thiole. Als erstes sollte der Stempel mit einer Lösung von Thiolen in Ethanol belegt werden. Nach dem aktiven Verdampfen des Ethanols mit einem Gasstrom, wie N2, oder nachdem das Ethanol von der Oberfläche des Stempels von selbst verdampft ist, verbleiben Thiole auf und nahe unter der Oberfläche des Stempels. In einem zweiten Schritt lokalisiert das Aufdrucken des mit Tinte versehenen Stempels auf die das Substrat beschichtende katalytische Schicht die Bildung des Resists auf dem Katalysator durch Transfer von Thiol-Molekülen von dem Stempel auf den Katalysator. Nachfolgend wird der Katalysator von dem Substrat zum Beispiel mittels eines Ätzprozesses in den Gebieten entfernt, die nicht mit dem Resistmaterial bedeckt sind, um Gebiete zu erhalten, die frei von dem Katalysator auf dem Substrat sind. Der Ätzprozess ergibt ein Substrat mit einer katalytischen Struktur, die aus Gold besteht und selektiv eine stromlose Deposition von metallischen Ionen aus einer Lösung auf die mit Gold beschichteten Teile des Substrats katalysieren kann. Das Resist auf dem Gold kann vor der stromlosen Deposition abgelöst oder an Ort und Stelle belassen werden, abhängig davon, ob das Resist die katalytische Aktivität des Goldes für den stromlosen Depositionsschritt blockiert oder nicht.
  • Das auf der Oberfläche des Stempels anzubringende Resistmaterial kann auf selbstaufbauenden Monoschichten von aus Thiol abgeleiteten Molekülen auf Gold, Disulfiden auf Gold, Polyehiolen oder Polydisulfiden auf Gold basieren. Diese Moleküle können mit organischen und anorganischen Funktionen gebildet werden, die ihre Bindung an das Goldsubstrat nicht verhindern. Beispiele für derartige Funktionen beinhalten alle Typen von Alkyl-Ketten und Perfluor-Ketten, können Doppelbindungen oder Dreifachbindungen in der Kette, -OH-, NH2-, -SH-, -CN-, -SR-, -COOH-, -Polyethylen-glycol-Funktionen, Halogenide, wie Br, Cl oder I, und Siloxanketten beinhalten.
  • Zusätzlich zu Gold als katalytischem Material sind auch Kupfer und Silber als katalytische Kristallkeimschicht geeignet, mit der die Substratoberfläche beschichtet wird. Palladium und Platin sind ebenfalls geeignete katalytische Kristallkeimschichten, wenn Moleküle der Tinte Chemisorptionsgruppen für diese Metalle besitzen, wie Isonitrile und Phosphine.
  • Nach dem Aufdrucken der katalytischen Schicht auf das Substrat mit dem strukturierten Stempel und der selektiven Entfernung des katalytischen Materials von dem Substrat durch Ätzen wird das strukturierte Substrat in ein Plattierungsbad eingetaucht, das gelöste Ionen von Metallen enthält, wie Cu, Ni, Co, Ag oder Au.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die Erfindung wird untenstehend detailliert unter Bezugnahme auf die folgenden schematischen Zeichnungen beschrieben. Es ist zu erwähnen, dass die Figuren nicht maßstäblich gezeichnet sind.
  • 1 Schematische Darstellungen von Sequenzen zum Aufdrucken eines Katalysators mit einem strukturierten Stempel auf ein vorkonditioniertes Substrat und unter Verwendung der aufgedruckten katalytischen Struktur, um das Substrat unter Verwendung einer stromlosen Deposition mit einem Metall zu versehen.
  • 2 Schematische Darstellungen von Sequenzen zum Strukturieren einer Schicht aus einem Katalysator, die ein Substrat für eine stromlose Deposition beschichtet.
  • BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • In 1, Schritt a) ist ein Stempel 1 gezeigt, der aus einem Elastomermaterial besteht, vorzugsweise aus Polydimethylsiloxan. Der Stempel 1 weist auf seiner Unterseite eine Mikrostruktur 2 mit Abmessungen ab jeglicher Größe bis hinunter in den Nanometerbereich auf. Das Verfahren zur Erzeugung derartiger Typen von Stempeln ist auf dem Fachgebiet allgemein bekannt und ist daher nicht Gegenstand der offenbarten Erfindung.
  • Im zweiten Schritt b) wird der Stempel 1 wenigstens auf seiner Unterseite vorkonditioniert, indem seine Unterseite einem O2-Plasma ausgesetzt wird, um eine hydrophile Oberfläche 3 zu erhalten. Diese Vorbehandlung ist günstig, da Katalysatoren üblicherweise polar sind und der Stempel 1 aus Polydimethylsiloxan besteht, einem hydrophoben Material. Weitere Polymere, die zur Herstellung von Stempeln mit geeigneten mechanischen Eigenschaften verwendbar sind, sind ebenfalls hydrophob. Der hydrophile Zustand der Oberfläche des Stempels 1 ist daher sehr wesentlich, um den polaren Katalysator aus einer wässrigen oder ethanolhaltigen Tintenlösung aufzunehmen, indem die Struktur 2 des Stempels 1 einfach mit einer katalytischen Tinte bedeckt oder in diese eingetaucht wird, wie in der Zeichnung von Schritt c) gezeigt ist. Dort ist der Stempel benetzt mit einer Tintenschicht 4 gezeigt, in der ein Katalysator in molekularer Form enthalten ist.
  • Das Lösungsmittel der Tinte basiert auf Wasser oder Ethanol, welche die einzigen Lösungsmittel sind, die kompatibel mit dem Stempel sind, ohne die Form oder Struktur des Stempels zu zerstören. Der verwendete molekulare Katalysator ist in Ethanol und/oder Wasser löslich und basiert auf dem oxidierten Zustand von Pd(II) mit speziellen Liganden, die daran angekoppelt sind, zum Beispiel [Cl2Pd(NC(CH2)16-CH3)2].
  • Grundsätzlich bleibt der Stempel unter Umgebungsbedingungen nach seiner Hydrophilierungsbehandlung nicht permanent hydrophil, hydrophile Stempel können jedoch einfach durch Eintauchen in reines Wasser aufbewahrt werden, um ihren hydrophilen Charakter zu bewahren und sie vor Kontamination zu schützen.
  • Nach Anbringen einer dünnen Schicht 4 einer Katalysatorlösung auf dem Stempel, indem der Stempel während einer kurzen Zeitspanne von bis zu 30 Sekunden mit der katalytischen Tinte bedeckt oder in diese eingetaucht wird, wird dann die Unterseite des Stempels in Vorbereitung für den Aufdruckschritt trockengeblasen.
  • Zusätzlich zu den Schritten a) bis c) in 1 wird ein Substrat 5, wie in Schritt d) gezeigt, durch Beschichten der Oberfläche des Substrats 5 mit einer Kristallkeimschicht 6, zum Beispiel einer Titanschicht, vorkonditioniert. Die Deposition der Titanschicht auf der Oberfläche des Substrats 5 kann unter Verwendung bekannter Aufdampftechniken ausgeführt werden.
  • In Schritt e) ist das Resultat nach Aufdrucken des Stempels 1 auf die Oberfläche des Substrats 5 und Trennen des Stempels von dem Substrat 5 gezeigt, wobei das Resultat dieses Aufdruckschritts eine katalytische Struktur 7 ist, die auf der Kristallkeimschicht 6 auf dem Substrat 5 verbleibt.
  • In einem letzten Schritt f) wird das strukturierte Substrat in ein Plattierungsbad eingetaucht, das metallische Ionen enthält, die sich auf der strukturierten Schicht des Katalysators 7 als eine weitere selektiv aufgebrachte metallische Schicht 8 abscheiden.
  • 2 zeigt ein alternatives erfinderisches Verfahren zum Strukturieren einer Katalysatorschicht mittels einer Aufdrucktechnik.
  • In Schritt a) ist ein strukturierter Stempel 1 mit einer auf seiner Unterseite bereitgestellten Struktur 2 gezeigt, Die strukturierte Oberfläche 2 des Stempels 1 wird dann in Schritt b) mit einem resistbildenden Material 9 bedeckt, indem der Stempel in eine Lösung aus Resistmaterial eingetaucht wird.
  • Zusätzlich zur Präparation des Stempels 1 wird ein Substrat 5, wie in einem Schritt c) gezeigt, mit einer katalytischen Schicht 10 bedeckt, die aus Gold mit einer hohen Dichte, einer homogenen Dicke und hoher Reinheit besteht. Die zum Beispiel durch Aufdampfung erhaltene Qualität des Katalysators ist sehr gut, es ist jedoch auch möglich, den Katalysator mit Solen oder Kolloiden in eine Suspension zu bringen, zum Beispiel durch Eintauchen des aus Glas bestehenden Substrats 5 in eine Lösung aus kolloidalem Gold, Palladium oder Pd/SnCl2-Kolloiden. Die Haftung der aufgedampften Katalysatorschicht 10 auf dem Substrat 5 kann ebenfalls sehr gut sein, insbesondere wenn ein Haftungsförderer zwischen dem Substrat 5 und der Katalysatorschicht 10 verwendet wird. Ti kann zum Beispiel direkt auf die Oberfläche des Substrats 5 aufgedampft werden, und danach wird die katalytische Schicht, die zum Beispiel aus Gold besteht, auf die Titanschicht aufgebracht.
  • Der entscheidende nächste Schritt d) besteht darin, den Katalysator sorgfältig von der Oberfläche des Substrats 5 dort zu entfernen, wo seine Katalyse unerwünscht ist.
  • In Schritt e) ist das Resultat nach dem Aufdrucken des Resistmaterials 9 aus Thiolen auf der Oberfläche der katalytischen Schicht 10 gezeigt. Zwischen der aufgedruckten Struktur des Resists auf der katalytischen Schicht 10 sind ungeschützte Bereiche aus Gold, die durch den Ätzprozess entfernt werden können. Der Ätzprozess ergibt ein Substrat 5, das in Schritt f) gezeigt ist, mit einer katalytischen Goldstruktur 10, die von dem Resistmaterial 9 bedeckt ist. Das Resist 9 auf der Goldstruktur 10 kann vor einer stromlosen Deposition abgelöst werden, wie in Schritt g) gezeigt, oder an Ort und Stelle belassen werden, abhängig davon, ob das Resist die katalytische Aktivität des Golds für die stromlose Deposition blockiert oder nicht. Das endgültige Resultat des Druckverfahrens ist in Schritt h) gezeigt, bei dem eine Metallschicht 8 selektiv stromlos auf der Goldstruktur 10 aufgebracht wird, indem das Substrat in ein Plattierungsbad eingetaucht wird, in dem Metallionen gelöst sind.

Claims (19)

  1. Verfahren zur stromlosen Deposition eines leitfähigen Materials (8) auf einem Substrat (5) unter Verwendung eines Stempels (1) mit einer Oberfläche, auf der eine Tinte angebracht wird, wobei das Substrat (5) durch Bereitstellen einer Kristallkeimschicht (6) mit einer gesteigerten Affinität zwischen der Tinte und dem vorkonditionierten Substrat vorkonditioniert wird, und die Oberfläche des Stempels (1) mit dem vorkonditionierten Substrat (5) in Kontakt gebracht wird, mit den Schritten: – Behandeln der Oberfläche des Stempels (1), um die Oberfläche durch die Tinte benetzbar zu machen, – Drücken der Oberfläche des Stempels (1), die mit der Tinte bedeckt ist, die ein Katalysator (4) in molekularer Form ist und polar ist, auf das Substrat (5), – daraufhin Trennen des Stempels (1) von dem Substrat (5), indem wenigstens ein Teil einer Schicht (7) des Katalysators auf dem Substrat (5) belassen wird, und – stromloses Plattieren des Substrats (5) in Gebieten der Oberfläche, die mit der Katalysatorschicht (7) bedeckt ist, mit dem leitfähigen Material (8).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Oberfläche des Stempels (1) einem O2-Plasma ausgesetzt wird oder die Oberfläche mittels Nasschemie oxidiert wird, um die Oberfläche des Stempels (1) hydrophil zu machen.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei wenigstens die Oberfläche des Stempels (1) aus Polydimethylsiloxan (PDMS) besteht.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Oberfläche des Stempels (1) in eine wässrige oder ethanolhaltige Tintenlösung eingetaucht wird, die den Katalysator (4) enthält.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Katalysator (4) PdCl2 enthält, wie [Cl2Pd(NC(CH2)16-CH3)2], das in Ethanol gelöst ist.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Substrat (5) vorkonditioniert wird, um das Substrat (5) hydrophil zu machen, indem es mit einer Schicht bedeckt wird, die wenigstens Ti beinhaltet, durch Selbstaufbau einer Monoschicht aus einer Lösung auf dem Substrat (5), indem Liganden für den Katalysator auf dem Substrat (5) aufgebracht werden, indem ein Sol aus einer Flüssigphase auf das Substrat (5) aufgebracht wird, indem das Substrat einem auf O2 basierenden Plasma ausgesetzt wird, indem das Substrat (5) in eine Lösung eingetaucht wird, die Oxidationsmittel enthält, wie H2SO4/H2O2, und/oder indem das Substrat (5) in eine Lösung von SnCl2 eingetaucht wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Oberfläche des Stempels behandelt wird, um die Oberfläche hydrophil zu machen.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Tinte in einem flüssigen oder gasförmigen Lösungsmittel gelöst ist.
  9. Verfahren zur stromlosen Deposition eines leitfähigen Materials (8) auf einem Substrat (5) unter Verwendung eines Stempels (1) mit einer Oberfläche, auf der ein Kontaktmaterial angebracht wird, wobei das Substrat (5) durch Bereitstellen einer Kristallkeimschicht (6) vorkonditioniert wird und die Oberfläche des Stempels (1) mit dem Substrat (5) in Kontakt gebracht wird, mit den Schritten – Bereitstellen einer Katalysatorschicht (10) auf dem Substrat (5) als Kristallkeimschicht, – Anbringen eines Resistmaterials (9) als das Kontaktmaterial auf der Oberfläche des Stempels (1) und Drücken der Oberfläche des Stempels (1) auf das Substrat (5) unter Bildung einer Schicht aus dem Resistmaterial (9) zwischen dem Stempel (1) und dem Substrat (5) und daraufhin Trennen des Stempels (1) von dem Substrat (5), wobei wenigstens ein Teil des Resistmaterial (9) auf dem Substrat (5) belassen wird, und – Entfernen der Katalysatorschicht (10) von dem Substrat (5) in Gebieten, die nicht mit dem Resistmaterial (9) bedeckt sind, und Erhalten verbliebener Gebiete der Katalysatorschicht (10) auf dem Substrat (5), – stromloses Plattieren der Oberflächen der verbliebenen Katalysatorschicht (10) mit dem leitfähigen Material (8).
  10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Resistmaterial (9) von der Oberfläche der verbliebenen Katalysatorschicht (10) auf dem Substrat (5) entfernt wird und Oberflächen frei von der Katalysatorschicht (10) erhalten werden.
  11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, wobei das Resistmaterial (9) aus einem Material besteht, das für eine Entfernung der nicht beschichteten Katalysatorschicht von dem Substrat (5) mittels Ätzen weniger ätzbar als die Katalysatorschicht (10) ist.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei das Resistmaterial (9) Thiole beinhaltet.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei die Katalysatorschicht (10) aus Au besteht.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei eine Plattierung durch Eintauchen des Substrats (5) in ein Plattierungsbad auftritt.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei Metallionen, wie Cu-Ionen, in dem Plattierungsbad dissoziiert sind und in Gebieten der Oberfläche, die mit dem Resistmaterial (9) bedeckt sind, oder auf den verbliebenen freien Oberflächen der Katalysatorschicht (10) aufgebracht werden.
  16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei das Substrat (5) aus einem leitfähigen oder nicht leitfähigen Material besteht, vorzugsweise aus Si/SiO2 oder Glas.
  17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei die Oberfläche des Stempels (1) strukturiert wird.
  18. Verfahren nach Anspruch 17, wobei die strukturierte Oberfläche des Stempels Strukturen unterhalb des Mikrometerbereichs bereitstellt.
  19. Vorrichtung, die durch Anwenden der Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18 erzeugbar ist.
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