(57)【要約】  金属微細構造化表面を有する基材上へ金属を選択的におよび無電解で堆積する方法が開示される。本方法は、自己組織化モノレイヤーを金属微細構造化表面上に形成する工程と、自己組織化モノレイヤーを、可溶型の堆積金属を含む無電解めっき液に暴露させる工程と、堆積金属を選択的に金属微細構造化表面上に無電解堆積させる工程と、を含む。本方法で形成された物品もまた開示される。
2008522038.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属微細構造化表面を有する基材を提供する工程と、
自己組織化モノレイヤーを該金属微細構造化表面上に形成する工程と、
該自己組織化モノレイヤーを、可溶型の堆積金属を含む無電解めっき液に暴露させる工程と、
該堆積金属を選択的に該金属微細構造化表面上に無電解堆積させる工程と、
を含む方法。
【請求項２】
前記提供工程の前に、メカニカルツールで、微細構造を基材金属表面上へ形成して金属微細構造化表面を形成する工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記提供工程の前に、メカニカルツールで、微細構造を基材表面上へ形成して基材微細構造化表面を形成する工程と、金属層を該基材微細構造化表面上に堆積させて金属微細構造化表面を形成する工程と、をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
微細構造を形成する前記工程が、メカニカルツールで、微細構造を基材金属表面上へエンボス加工してまたは成形して金属微細構造化表面を形成することを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
微細構造を形成する前記工程が、メカニカルツールで、微細構造を基材表面上へエンボス加工してまたは成形して基材微細構造化表面を形成することを含む、請求項３に記載の方法。
【請求項６】
微細構造を形成する前記工程が、メカニカルツールで、微細構造を基材金属表面上へスクライビングして金属微細構造化表面を形成することを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項７】
微細構造を形成する前記工程が、メカニカルツールで、微細構造を基材表面上へスクライビングして基材微細構造化表面を形成することを含む、請求項３に記載の方法。
【請求項８】
前記提供工程の前に、金属を基材表面上へ堆積させて金属微細構造化表面を形成することによって、微細構造を形成する工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記提供工程の前に、金属を金属基材表面から除去して金属微細構造化表面を形成することによって、微細構造を形成する工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
金属微細構造化表面を有する基材を提供する前記工程が、金、銀、パラジウム、白金、ロジウム、銅、ニッケル、鉄、インジウム、スズ、ならびにそれらの混合物、合金、および化合物よりなる群から選択された金属を含む金属微細構造化表面を有する基材を提供することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記暴露工程が自己組織化モノレイヤーを、銅、ニッケル、金、銀、パラジウム、ロジウム、ルテニウム、スズ、コバルト、および亜鉛よりなる群から選択された可溶型の堆積金属を含む無電解めっき液に暴露させることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
金属微細構造化表面を有する基材を提供する前記工程が、ポリマー材料を含み、かつ基材上に配置された金属微細構造化表面を有する基材を提供することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
金属微細構造化表面を有する基材を提供する前記工程が、ガラス、セラミック、ガラス−セラミック、または半導体を含み、かつ基材上に配置された金属微細構造化表面を有する基材を提供することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
自己組織化モノレイヤーを形成する前記工程が、有機硫黄化合物、シラン、ホスホン酸、ベンゾトリアゾール、およびカルボン酸よりなる群から選択された化学種を含む自己組織化モノレイヤーを金属微細構造化表面上に形成することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
自己組織化モノレイヤーを形成する前記工程が、アルキルチオール、ジアルキルジスルフィド、ジアルキルチオカーバメート、およびアルキルキサンテートよりなる群から選択された有機硫黄化合物を含む自己組織化モノレイヤーを前記金属微細構造化表面上に形成することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
金属微細構造化表面を有する基材を提供する前記工程が、０．５マイクロメートル未満の曲率半径を有するトポグラフィカル形体を含む金属微細構造化表面を有する基材を提供することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
堆積金属を金属微細構造化表面上に選択的に無電解堆積して堆積金属パターンを金属微細構造化表面上に形成する前記工程後に、前記金属層の少なくとも一部を前記基材から除去する工程をさらに含む、請求項３に記載の方法。
【請求項１８】
基材表面と、該基材表面上に配置されたトポグラフィカル形体とを有する基材と、
該トポグラフィカル形体に隣接した該基材表面上におよび該トポグラフィカル形体上に配置された連続均一金属層と、
該連続均一金属層上に配置された自己組織化モノレイヤーと、
該トポグラフィカル形体上の該連続均一金属層上に配置され、そして該トポグラフィカル形体に隣接した該連続均一金属層基材表面上には配置されない堆積金属と、
を含む物品。
【請求項１９】
基材表面と、該基材表面上に配置され、そして該基材表面から離れて伸びる、５００ナノメートル以下の曲率半径を有するトポグラフィカル形体とを有する基材と、
該トポグラフィカル形体に隣接した該基材表面上におよび該トポグラフィカル形体上に配置された金属層と、
該金属層上に配置された自己組織化モノレイヤーと、
該トポグラフィカル形体上の該金属層上に配置され、そして該トポグラフィカル形体に隣接した該金属層基材表面上には配置されない堆積金属と、
を含む物品。
【請求項２０】
前記自己組織化モノレイヤーが（Ｃ3〜Ｃ20）アルキルチオールを含む、請求項１９に記載の物品。
【請求項２１】
前記基材がポリマー材料を含む、請求項１８または１９に記載の物品。
【請求項２２】
前記金属層が金、銀、金合金、または銀合金を含む、請求項１８または１９に記載の物品。
【請求項２３】
前記堆積金属が銅または銅合金を含む、請求項１８または１９に記載の物品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、基材上へのパターン化金属堆積物の加工方法およびそのように加工された物品に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属材料のパターン付きポリマーフィルムは多種多様な商業的用途を有する。幾つかの場合には、導電性格子は肉眼に見えないほど十分に細かく、そして透明なポリマー基材に担持されていることが望まれる。透明な導電性シートは、例えば、抵抗加熱ウィンドウ、電磁波妨害（ＥＭＩ）シールド層、静電気消散部品、アンテナ、コンピュータディスプレイ用のタッチスクリーン、およびエレクトロクロミックウィンドウ用の表面電極、光起電装置、エレクトロルミネセンス装置、ならびに液晶ディスプレイをはじめとする様々な用途を有する。
【０００３】
ＥＭＩシールドのような用途向けの本質的に透明な導電性格子の使用は公知である。格子は、透明なシート間に挟まれているもしくは積層されているまたは基材中に埋め込まれている金属ワイヤーのネットワークまたはスクリーンから形成することができる（米国特許第３，９５２，１５２号明細書、米国特許第４，１７９，７９７号明細書、米国特許第４，３２１，２９６号明細書、米国特許第４，３８１，４２１号明細書、米国特許第４，４１２，２５５号明細書）。ワイヤースクリーンの使用の一不利点は、非常に細かいワイヤーのハンドリング、または非常に細かいワイヤースクリーンの製造およびハンドリング困難である。例えば、２０ミクロン直径銅ワイヤーは１オンス（２８グラム力）の引張強度を有するにすぎず、それ故容易に損傷される。２０ミクロン直径のワイヤーで製造されたワイヤースクリーンは入手可能であるが、非常に細かいワイヤーのハンドリング困難のために非常に高くつく。
【０００４】
既存のワイヤースクリーンを基材中へ埋め込むよりはむしろ、導電性パターンは、先ず溝またはチャネルのパターンを基材中に形成し、次に溝またはチャネルに導電性材料を詰めることによってその場で加工することができる。この方法は、通常は比較的粗いスケールでのラインおよびパターン用であるが、様々な方法によって導電性回路ラインおよびパターンの製造用に用いられてきた。溝は、成形、エンボス加工によって、またはリソグラフィ技術によって基材中に形成することができる。溝に次に、導電性インクまたはエポキシド（米国特許第５，４６２，６２４号明細書）を、蒸発、スパッタード、またはめっき金属（米国特許第３，８９１，５１４号明細書、米国特許第４，５１０，３４７号明細書、および米国特許第５，５９５，９４３号明細書）を、溶融金属（米国特許第４，７４８，１３０号明細書）を、または金属粉末（米国特許第２，９６３，７４８号明細書、米国特許第３，０７５，２８０号明細書、米国特許第３，８００，０２０号明細書、米国特許第４，６１４，８３７号明細書、米国特許第５，０６１，４３８号明細書、および米国特許第５，０９４，８１１号明細書）を詰めることができる。ポリマーフィルム上の導電性格子は、導電性ペーストをプリントすることによって（米国特許第５，３９９，８７９号明細書）またはフォトリソグラフィおよびエッチングによって（米国特許第６，４３３，４８１号明細書）製造されてきた。これらの先行技術方法は制限を有する。例えば、導電性インクまたはエポキシドでの一つの問題は、導電率が隣接導電性粒子間の接点の形成に依存し、そして全体導線率が通常固体金属のそれよりはるかに小さいことである。金属の蒸着または電気めっきは一般に遅く、しばしば溝間に堆積している過剰の金属を除去するためのその後の工程を必要とする。溶融金属は溝中に入れることはできるが、金属が濡らすであろう溝中へのある材料の堆積を通常必要とする。さもなければ溶融金属は、溶融金属の表面張力のために溝に浸透しないであろうし、そしてまた溝に留まらないであろう。
【０００５】
回路は、金属粉末を溝中へ入れ、引き続き粉末を圧縮して粒子間の電気的接触を高めることによって製造されてきた。リリー（Ｌｉｌｌｉｅ）ら（米国特許第５，０６１，４３８号明細書）およびケイン（Ｋａｎｅ）ら（米国特許第５，０９４，８１１号明細書）はプリント回路基板を形成するためにこの方法を用いた。しかしながら、これらの方法は細かい回路および細かい金属パターンを製造するのに実用的ではない。細かいスケールでは、エンボス加工パターンの一面にツールを置き換えてまたは再位置合わせして金属圧縮を行うことは困難であり得る。例えば、２０ミクロン幅チャネルのパターン付きシートは、ツールがシートの一面から他の面までおおよそ３ミクロンの精度でパターン上に置かれることを必要とするであろう。多くの用途向けには、シートは約３０ｃｍ×３０ｃｍであってもよい。熱可塑性シートの熱収縮による寸法変化は典型的には、成形温度から室温への冷却中に約１パーセントもしくはそれ以上である。従って、３０ｃｍ×３０ｃｍシートについては、１パーセントの収縮は０．３ｃｍの全体収縮をもたらすであろう。この値は、必要とされる３ミクロン配置精度より１０００倍大きく、ツールの正確な再位置決めを困難にする。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示は、パターン化金属堆積物付き基材を含む物品に関する。より具体的には、物品は、金属微細構造化表面を有する基材上へ金属を選択的におよび無電解で堆積することによって製造される。
【０００７】
第１態様は、金属微細構造化表面を有する基材を提供する工程と、自己組織化モノレイヤーを金属微細構造化表面上に形成する工程と、自己組織化モノレイヤーを、可溶型の堆積金属を含有する無電解めっき液に暴露させる工程と、堆積金属を選択的に金属微細構造化表面上に無電解堆積させる工程と、を含む方法に関する。
【０００８】
様々な方法を用いて金属微細構造化表面の基材を形成することができる。一実施形態では、微細構造は、メカニカルツールで金属表面上に形成することができる。メカニカルツールは、微細構造を金属表面上へエンボス加工する、スクライビングする、または成形することができる。さらなる実施形態では、微細構造は、メカニカルツールで基材表面に形成することができ、次に金属層は、微細構造化表面上に配置されて金属微細構造化表面を形成することができる。メカニカルツールは微細構造を基材表面上へエンボス加工する、スクライビングする、または成形することができる。その上さらなる実施形態では、微細構造は、基材表面上へ金属を堆積させることによって、または金属基材表面から金属を除去することによって、基材表面に形成することができる。
【０００９】
別の態様では、物品が提供される。一実施形態では、物品は、基材表面と、基材表面上に配置されたトポグラフィカル形体とを有する基材を含む。連続均一金属層はトポグラフィカル形体に隣接する基材表面上におよびトポグラフィカル形体上に配置される。自己組織化モノレイヤーは連続均一金属層上に配置され、堆積金属はトポグラフィカル形体上の連続均一金属層上に配置され、トポグラフィカル形体に隣接する連続均一金属層表面上には配置されない。
【００１０】
別の実施形態では、物品は、基材表面と、基材表面上に配置され、そして基材表面から離れて伸びるトポグラフィカル形体とを有する基材を含む。トポグラフィカル形体は５００ナノメートル以下の曲率半径を有する。金属層はトポグラフィカル形体に隣接する基材表面上におよびトポグラフィカル形体上に配置される。自己組織化モノレイヤーは金属層上に配置され、堆積金属はトポグラフィカル形体上の金属層上に配置され、トポグラフィカル形体に隣接する金属層基材表面上には配置されない。
【００１１】
本発明の上記要約は、本発明の各開示される実施形態またはあらゆる実施を記載することを意図されない。後に続く図、発明を実施するための最良の形態および実施例は、これらの実施形態をより具体的に例証する。
【００１２】
本発明は、添付の図面に関連した本発明の様々な実施形態についての下記の詳細な説明を考慮して、より完全に理解されるかもしれない。
【００１３】
本発明は様々な修正および代替形態を免れないが、その細目は図面で一例として示されてきたし、詳細に説明されるであろう。しかしながら、記載される特定の実施形態に本発明を限定する意図はないことは、理解されるべきである。それどころか、本発明は、すべての修正、同等物、および本発明の精神および範囲内に入る代案をカバーするべきである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本開示は、基材上へのパターン化金属堆積物の加工方法およびそのように加工された物品に関する。より具体的には、金属堆積物は、金属微細構造化表面を有する基材上にパターン化される。
【００１５】
以下の定義される用語については、異なる定義が特許請求の範囲または本明細書の他の所に与えられない限り、これらの定義が適用されるものとする。
【００１６】
「領域」は、全体表面の、例えば、基材表面の連続的なわずかな部分を意味する。
【００１７】
用語「堆積金属」および「金属堆積物」および「堆積された金属」は同じ意味で用いられ、基材（すなわち、金属微細構造化表面を有する基材）上に堆積された金属を意味する。堆積金属は無電解めっき液から通常形成される。堆積金属は、電気回路中の線状痕跡、電気デバイス上の導体パッド、または大面積コーティングのようなパターンの形にあることができる。
【００１８】
表面領域は、それがトポグラフィカル形体を含む場合、微細構造を有するまたは微細構造化表面であると説明することができる。「トポグラフィカル形体」は、基材表面について滑らかさからの意図的な幾何学的偏差に関する。すべての表面が、用語、トポグラフィの一般的定義に従った、トポグラフィを示すことは理解される。しかしながら、「トポグラフィカル形体」は、本明細書で用いるところでは、当業者におなじみであろう多くのタイプの偶発的トポグラフィを含まない。「トポグラフィカル形体」は、原子スケールでの表面上昇の偶発的なバラツキを含まない。「トポグラフィカル形体」はまた、同じ表面積の一面の平均上昇について、大きな表面積の一面に普通に存在する表面上昇の偶発的な段階的変化を含まない。例えば、「トポグラフィカル形体」は、それらの空間的分離よりサイズが実質的に小さい「頂点−谷間」高さの滑らかに変わる起伏を含まない。前述の偶発的形のトポグラフィのみを含む表面は、名目上滑らかと考えられる。名目上滑らかな表面は平らであっても、曲率が０．１（マイクロメートル）-1未満である場合、湾曲していてもよい。「トポグラフィカル形体」は、突き出た要素、貫入した幾何学的要素、または両方を含むことができる。基材表面のトポグラフィカル形体の一部として存在してもよい線状の突き出た幾何学的要素の例は、さもなければ名目上滑らかな表面の上方へ伸びる先のとがった尾根である。基材表面のトポグラフィカル形体の一部として存在してもよい線状の突き出た幾何学的要素の別の例は、さもなければ名目上滑らかな表面の上方へ伸びる正方形の尾根である。基材表面のトポグラフィカル形体の一部として存在してもよい線状の突き出た幾何学的要素の例は、さもなければ名目上滑らかな表面の下方へ伸びる、例えば正方形または三角形断面の溝である。
【００１９】
金属を「選択的に」堆積させることは、１表面領域上に金属を堆積させ、別の表面領域上には金属を堆積させないことを意味する。金属が基材表面上に選択的に堆積されるために、それは全体基材表面上に堆積されない。すなわち、堆積金属は基材表面上にパターンを形成する。図４〜７は金基材表面上への銅の選択的な堆積を例示する。例えば、金属は金属表面のトポグラフィカル形体上に堆積させることができる（すなわち、金属は名目上滑らかである金属表面の領域には堆積しない）。
【００２０】
終点による数値範囲の列挙は、当該範囲内に包含されるすべての数を含む（例えば、１〜５は、１、１．５、２、２．７５、３、３．８０、４、および５を含む）。
【００２１】
本明細書および添付の特許請求の範囲で用いられるところでは、単数形「ア（ａ）」、「アン（ａｎ）」、および「ザ（ｔｈｅ）」は、内容が別なふうに明らかに指示しない限り、複数の指示対象を含む。従って、例えば、「金属（ａ  ｍｅｔａｌ）」を含有する組成物についての言及は、２つもしくはそれ以上の金属の混合物を含む。本明細書および添付の特許請求の範囲で用いられるところでは、用語「または」は一般に、内容が別なふうに明らかに指示しない限り、その意味において「および／または」を含んで用いられる。
【００２２】
特に明記されない限り、本明細書および特許請求の範囲で用いられるすべての数は、すべての場合に用語「約」で修正されると理解されるべきである。従って、それとは反対に明記されない限り、先行の明細書および添付の特許請求の範囲で述べられる数値パラメーターは、本発明の教示を利用する当業者によって得られるよう追求される所望の特性に依存して変わることができる近似値である。最低限でも、そして特許請求の範囲と同等物の原則の適用を制限する試みとしてではなく、各数値パラメーターは、報告される重要な数字の数を踏まえて、そして普通の丸め技法を適用することによって少なくとも理解されるべきである。本発明の広範な範囲を示す数値範囲およびパラメーターが近似値であるにもかかわらず、具体的な例で示される数値はできるだけ正確に報告される。しかしながら、いかなる数値も、それらのそれぞれの試験測定値に見いだされる標準偏差に必然的に起因する、ある種の誤差を本質的に含有する。
【００２３】
本発明は一般に、金属微細構造化表面を有する基材上への金属堆積物（すなわち、堆積金属）のパターンの形成方法に関する。幾つかの実施形態では、堆積金属は、基材の表面上の選択された領域においてのみ基材上に無電解堆積される。これらの選択された領域は、基材上に規則的なまたは繰り返しの幾何学的配置、例えば、多角形の配列または多角形の配列を含む別個の非堆積区域を画定する痕跡のパターンを示すことができる。他の実施形態では、選択された領域は、基材上にランダム配置、例えば、非堆積区域について不規則な形状の境界を画定する痕跡のランダムネットを示してもよい。さらに別の実施形態では、選択された領域は、規則的ではない、繰り返しではない、またはランダムではない配置であるが、対称または繰り返し形状を含むまたは欠く規定デザインである配置を示してもよい。パターン化されている堆積金属は基材表面のただ一つの領域上に存在してもよいし、またはそれは基材表面の２つ以上の領域上に存在してもよいが、基材上面のすべての領域上に存在しないようにパターン化されるべきである。
【００２４】
微細構造を含む領域および微細構造を含まない領域ありの基材は、多数の異なる形をとることができる。一実施形態では、基材表面は、それぞれ滑らかであり、そしてトポグラフィカル形体を欠き、かつ、互いに平行に位置してもよいが、互いに関して上がっているまたは下がっている隣接領域を含んでもよい。この後者の構造は、前述の滑らかな領域に対して勾配および角度または高い曲率を持った遷移領域のタイプに必然的につながる。遷移領域は、滑らかな領域間の境界を画定し、そしてトポグラフィカル形体であることができる。別の実施形態では、基材表面は、テクスチャの形で微細構造を有するとして記載することができる領域と一緒に、滑らかであり、そして微細構造を欠く領域を含む。このテクスチャには、尾根、ピラミッド、ポスト、または溝のような画定された幾何学的要素が含まれ得る。あるいはまた、テクスチャはランダム形状の幾何学的要素を含んでもよい。微細構造がテクスチャである微細構造を含む表面領域は、滑らで、多分平らであり、そしてトポグラフィカル形体を欠く表面の領域に対して空間的に平均された上昇をそれらと関連付けることができる。基材表面のテクスチャ加工領域の空間的に平均された上昇は、基材表面の隣接する滑らかな、そして多分平らな領域の上昇より上または下に位置してもよい。かかるテクスチャ加工領域は、それぞれ、隣接領域からへこむまたは突き出ることができる。
【００２５】
金属堆積物を含む表面領域の配置が基材のトポグラフィカル形体に従って決定される、基材上のパターン化金属堆積物は、トポグラフィカル形体との多数の空間的関係の１つを示すことがある。例えば、トポグラフィカル形体を含む領域については、各領域は、トポグラフィカル形体を欠く隣接領域によって離れて間隔を置いて配置された単一の幾何学的要素を含むことができ、そしてパターン化金属堆積物は個々のトポグラフィカル形体上へ選択的に堆積されてもよい。かかるケースでは、金属堆積物のパターンは、個々のトポグラフィカル形体のパターンと実質的に同一であろう。あるいはまた、トポグラフィカル形体が基材の領域に密に間隔を置いて配置される場合、金属堆積物は、トポグラフィカル形体を含む領域中の個々の幾何学的またはトポグラフィカル要素を橋架けしてもよい。基材表面が、かかる微細構造を欠く領域と一緒に、多数の密に空間を置いて配置されたトポグラフィカル形体で構成されるテクスチャの形の微細構造ありの領域を含む場合、パターン化金属堆積物は密に間隔を置いて配置されたトポグラフィカル形体を橋架けして、テクスチャの形の微細構造ありの全体領域における連続的な堆積物につながってもよい。
【００２６】
構造化表面の物品の生成方法には、例えば、メカニカルツールの使用、基材上への材料の堆積、または基材からの材料の除去が含まれる。例示的なメカニカルツールは、微細構造を基材表面上へエンボス加工する、スクライビングする、または成形することによって微細構造化表面を形成する。
【００２７】
構造化表面で物品を生み出すための例示的な方法の部分的なリストには、ダイヤモンド機械加工（Ｍ．Ａ．デイビーズ（Ｍ．Ａ．Ｄａｖｉｅｓ）、Ｃ．Ｊ．エバンス（Ｃ．Ｊ．Ｅｖａｎｓ）、Ｓ．Ｒ．パターソン（Ｓ．Ｒ．Ｐａｔｔｅｒｓｏｎ）、Ｒ．ボーラ（Ｒ．Ｖｏｈｒａ）、およびＢ．Ｃ．バーグナー（Ｂ．Ｃ．Ｂｅｒｇｎｅｒ）著、「マイクロ−フォトニクス部品の製造への精密ダイヤモンド機械加工の適用（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ  Ｄｉａｍｏｎｄ  Ｍａｃｈｉｎｉｎｇ  ｔｏ  ｔｈｅ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ  ｏｆ  Ｍｉｃｒｏ−ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ  Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ）」）、Ｐｒｏｃ．ｏｆ  ＳＰＩＥ  ５１８３（２００３）９４−１０８ページ）、光学リソグラフィ、ｅ−ビームリソグラフィ、Ｘ線リソグラフィ、レーザービーム書き込み、電子ビーム書き込み、およびレーザー切断（Ｅ．Ｂ．クレー（Ｅ．Ｂ．Ｋｌｅｙ）著、「電子および光学リソグラフィによる連続プロフィール書き込み（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  Ｐｒｏｆｉｌｅ  Ｗｒｉｔｉｎｇ  ｂｙ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ａｎｄ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）」、Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  ３４（１９９７）２６１−２９８ページ）が含まれる。構造化表面の生成方法は、材料が光、Ｘ線、または電子に暴露され、次に現像され、そして選択的に除去される工程、または材料がエッチされる工程を含んでもよい（Ｙ．ハギワラ（Ｙ．Ｈａｇｉｗａｒａ）、Ｎ．キムラ（Ｎ．Ｋｉｍｕｒａ）、およびＫ．エモリ（Ｋ．Ｅｍｏｒｉ）、米国特許第４，８６５，９５４号明細書「金属レリーフの形成方法（Ｐｒｏｃｅｓｓ  ｆｏｒ  Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｍｅｔａｌｌｉｃ  Ｒｅｌｉｅｆ）」（１９８９年））。材料（例えば、金属）は、例えば、スパッタリング、蒸着などをはじめとする慣例法によって、構造化表面を形成するために、基材表面上へ選択的に加えることができる。材料（例えば、金属）は、例えば、エッチングなどをはじめとする慣例法によって、構造化表面を形成するために、基材から除去することができる。これらの添加および除去方法は、例えば、フォトリソグラフィ法および剥離法のような他の方法と組み合わせることができる。
【００２８】
構造化表面の製造に特に有利なアプローチには、メカニカルツールでの微細構造の複製または形成が含まれる。メカニカルツールは、基材表面上へ微細構造をエンボス加工する、スクライビングする、または成形することによって微細構造化表面を形成する。複製は、マスターツールから別の材料への表面構造形体の転写を含み、エンボス加工または成形を含む。複製を伴う方法は、構造化表面付き材料を生み出すことができる容易さおよび速度について注目に値する。複製によって生み出される表面構造形体のために達成することができる小さなサイズもまた注目に値する。１０ナノメートル未満のサイズのナノスケール形体を複製することができる（Ｓ．Ｒ．クェイク（Ｓ．Ｒ．Ｑｕａｋｅ）およびＡ．シェーラー（Ａ．Ｓｃｈｅｒｅｒ）著、「軟質材料を使ったミクロからナノ加工（Ｆｒｏｍ  Ｍｉｃｒｏ−  ｔｏ  Ｎａｎｏｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ  ｗｉｔｈ  Ｓｏｆｔ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ）」、Ｓｃｉｅｎｃｅ  ２９０（２０００）１５３６−１５４０ページ、Ｖ．Ｊ．シェーファー（Ｖ．Ｊ．Ｓｃｈａｅｆｆｅｒ）およびＤ．ハーカー（Ｄ．Ｈａｒｋｅｒ）著、「電子顕微鏡での使用のための表面レプリカ（Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｒｅｐｌｉｃａｓ  ｆｏｒ  Ｕｓｅ  ｉｎ  ｔｈｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）」、Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  １３（１９４２）、４２７−４３３ページ、ならびにＨ．チャン（Ｈ．Ｚｈａｎｇ）およびＧ．Ｍ．ベンセン（Ｇ．Ｍ．Ｂｅｎｓｅｎ）、国際公開第０１６８９４０  Ａ１号パンフレット、「複製の方法、複製された物品、および複製ツール（Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｆｏｒ  ｒｅｐｌｉｃａｔｉｏｎ，ｒｅｐｌｉｃａｔｅｄ  ａｒｔｉｃｌｅｓ，ａｎｄ  ｒｅｐｌｉｃａｔｉｏｎ  ｔｏｏｌｓ）」（２００１））。
【００２９】
複製はかなり多数の方法によって達成することができる。マスターメカニカルツールの表面構造形体を別の材料の表面へ複製するための一例示的方法は、熱エンボス加工による（Ｍ．Ｊ．ウルシ（Ｍ．Ｊ．Ｕｌｓｈ）、Ｍ．Ａ．ストロベル（Ｍ．Ａ．Ｓｔｒｏｂｅｌ）、Ｄ．Ｆ．セリノ（Ｄ．Ｆ．Ｓｅｒｉｎｏ）、およびＪ．Ｔ．ケラー（Ｊ．Ｔ．Ｋｅｌｌｅｒ）、米国特許第６，０９６，２４７号明細書「エンボス加工された光学ポリマーフィルム（Ｅｍｂｏｓｓｅｄ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｐｏｌｙｍｅｒｉｃ  Ｆｉｌｍｓ）」（２０００年）、ならびにＤ．Ｃ．ラセイ（Ｄ．Ｃ．Ｌａｃｅｙ）、米国特許第５，９３２，１５０号明細書「配向フィルムでの回折像の複製（Ｒｅｐｌｉｃａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ  Ｉｍａｇｅｓ  ｉｎ  Ｏｒｉｅｎｔｅｄ  Ｆｉｌｍｓ）」（１９９９年））。熱エンボス加工は変形可能な材料に向けたマスターメカニカルツールのプレスを伴い、マスターツールの表面構造に変形可能な材料の表面を変形するようにさせ、それによって当該マスターツール表面のネガティブのレプリカを生み出す。表面構造でエンボス加工できる材料には、例えば、軟質金属およびポリマーのような有機材料が含まれる。エンボス加工できる軟質金属の例には、インジウム、銀、金、および鉛が挙げられる。熱エンボス加工に好適なポリマーには、熱可塑性樹脂が含まれる。熱可塑性樹脂の例には、ポリオレフィン、ポリアクリレート、ポリアミド、ポリイミド、ポリカーボネート、およびポリエステルが挙げられる。熱可塑性樹脂のさらなる例には、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ（メチルメタクリレート）、ビスフェノールＡのポリカーボネート、ポリ（塩化ビニル）、ポリ（エチレンテレフタレート）、およびポリ（フッ化ビニリデン）が挙げられる。熱エンボス加工材料の製造のためには、フィルム形の材料から出発することがしばしば便利であり、有用である。場合により、エンボス加工用のフィルムは多層を含むことができる（Ｊ．フィッチ（Ｊ．Ｆｉｔｃｈ）、Ｊ．モリツ（Ｊ．Ｍｏｒｉｔｚ）、Ｓ．Ｊ．サージアント（Ｓ．Ｊ．Ｓａｒｇｅａｎｔ）、Ｙ．シミズ（Ｙ．Ｓｈｉｍｉｚｕ）、およびＹ．ニシガキ（Ｙ．Ｎｉｓｈｉｇａｋｉ）、米国特許第６，７３７，１７０号明細書、「例外的なエンボス加工特性のコーティッドフィルムおよびその製造方法（Ｃｏａｔｅｄ  Ｆｉｌｍ  ｗｉｔｈ  Ｅｘｃｅｐｔｉｏｎａｌ  Ｅｍｂｏｓｓｉｎｇ  Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｆｏｒ  Ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ  Ｉｔ）」（２００４年）、ならびにＷ．Ｗ．メリル（Ｗ．Ｗ．Ｍｅｒｒｉｌｌ）、Ｊ．Ｍ．ジョンザ（Ｊ．Ｍ．Ｊｏｎｚａ）、Ｏ．ベンソン（Ｏ．Ｂｅｎｓｏｎ）、Ａ．Ｊ．オウダーカーク（Ａ．Ｊ．Ｏｕｄｅｒｋｉｒｋ）、およびＭ．Ｆ．ウェーバー（Ｍ．Ｆ．Ｗｅｂｅｒ）、米国特許第６，７８８，４６３号明細書、「ポスト成形可能な多層光学フィルムおよび成形方法（Ｐｏｓｔ−Ｆｏｒｍａｂｌｅ  Ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｆｉｌｍｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｏｆ  Ｆｏｒｍｉｎｇ）」（２００４年））。
【００３０】
マスターメカニカルツールの表面構造をポリマーの表面へ複製するための別のアプローチは、ポリマーの流動性前駆体をマスターメカニカルツールと接触中に硬化させることである。マスターメカニカルツールと接触中にポリマーの流動性前駆体を硬化させることは成形の１つの形である。流動性前駆体の例には、ニート・モノマー、モノマーの混合物、除去できる溶媒を含んでもよいモノマーまたはポリマーの溶液、および未架橋ポリマーが挙げられる。一般に、硬化ポリマーの前駆体は、マスターメカニカルツール上へまたは金型中へキャストし、引き続き硬化させることができる（Ｊ．Ａ．マーテンス（Ｊ．Ａ．Ｍａｒｔｅｎｓ）、米国特許第４，５７６，８５０号明細書「複製された微細構造表面を有する造形プラスチック物品（Ｓｈａｐｅｄ  Ｐｌａｓｔｉｃ  Ａｒｔｉｃｌｅｓ  Ｈａｖｉｎｇ  Ｒｅｐｌｉｃａｔｅｄ  Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ  Ｓｕｒｆａｃｅｓ）」（１９８６年））。硬化は、通常化学反応による弾性率増加の進行を意味する。弾性率を進行させるための硬化には、加熱、触媒の添加、開始剤の添加、または紫外線、可視光、赤外線、Ｘ線、もしくは電子ビームへの露光が含まれ得る。いったんポリマーが硬化してしまったら、それは、マスターツールまたは金型との接触から固体として取り去ることができる。成形に好適なポリマーの例には、ポリアクリレート、ポリイミド、エポキシド、シリコーン、ポリウレタン、および幾つかのポリカーボネートが挙げられる。
【００３１】
メカニカルツールを用いて微細構造パターンを基材の表面上に生み出すための別の例示的な方法はスクライビングによる。「スクライビング」は、さもなければ非構造化表面へのスタイラスの適用、および表面微細構造を生み出す、表面上でのスタイラスのプレスまたは転写を意味する。スタイラス先端は、例えば、金属、セラミック、またはポリマーのような任意の材料でできていてもよい。スタイラス先端は、ダイヤモンド、酸化アルミニウム、または炭化タングステンを含んでもよい。スタイラス先端はまた、コーティング、例えば、窒化チタンのような耐摩耗性コーティングを含んでもよい。
【００３２】
基材は任意の好適な材料から製造することができる。幾つかの実施形態では、基材は金属またはポリマーのような有機材料でできている。金属の例には、インジウム、銀、金、および鉛が挙げられる。ポリマーの例には、熱可塑性ポリマーが挙げられる。熱可塑性ポリマーの例には、ポリオレフィン、ポリアクリレート、ポリアミド、ポリカーボネート、およびポリエステルが挙げられる。熱可塑性樹脂のさらなる例には、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ（メチルメタクリレート）、ビスフェノールＡのポリカーボネート、ポリ（塩化ビニル）、ポリ（エチレンテレフタレート）、およびポリ（フッ化ビニリデン）が挙げられる。
【００３３】
他の実施形態では、基材は、ガラス、ガラス−セラミックス、セラミックス、半導体、またはそれらの組み合わせから製造することができる。有用なガラスの例には、ケイ酸塩、ゲルマン酸塩、リン酸塩およびカルコゲナイドが挙げられる。ケイ酸塩の中では、ソーダ灰−シリカおよびホウケイ酸ガラスが有用であることができる。石英ガラスもまた有用な基材材料であることができる。ゲルマン酸塩およびカルコゲナイドガラスは、ケイ酸塩ガラスと比較して、増加した赤外線透過が望まれる用途向けに特に有用である。リン酸塩ガラスは好都合にも低い成形温度を一般に示すが、しばしばまた、より低い化学的耐久性を示す。有用なガラスでの他のネットワーク形成剤および改質剤には、酸化アルミニウム、五酸化アンチモン、酸化タンタル、酸化ニオブ、酸化鉛、酸化ビスマス、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、酸化ストロンチウム、酸化バリウム、酸化リチウム、および酸化カリウムが含まれる。結晶化微細構造を含むガラス−セラミックスもまた基材材料として有用である。有用なガラス−セラミックスの例には、リチウムダイシリケート、ベータ−石英、頑火輝石、コージライト、尖晶石、ベータ−リシア輝石、ベータ−ユークリプタイト、およびアパタイト組成物が挙げられる。ガラス−セラミックスは、高い強度および強靱性と一緒に、ガラス成形性の容易さを提供する。基材はまたセラミックスを含むこともできる。有用なセラミックスの例には、酸化物、窒化物、ホウ化物および炭化物が挙げられる。有用なセラミックスの例には、チタン酸バリウム、チタン酸バリウムストロンチウム、ジルコン酸チタン酸鉛、チタン酸ビスマス、酸化アルミニウム、酸化ベリリウム、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、および炭化ケイ素が挙げられる。基材はまた半導体を含むこともできる。有用な半導体の例には、ＩＶ族元素、ＩＩ族およびＶＩ族元素の二元化合物、ＩＩＩ族およびＶ族元素の二元化合物、ならびにそれらの様々な合金が挙げられる。幾つかの有用な半導体には、ケイ素、ゲルマニウム、ガリウムヒ素、リン化インジウム、硫化亜鉛、およびテルル化カドミウムが含まれる。基材は、これら材料の２つ以上のクラスから製造することができる。例えば、基材は、ガラスまたはセラミック材料のコーティング付き半導体結晶を含むことができる。
【００３４】
「自己組織化モノレイヤー」は、表面に付けられている（例えば、化学結合によって）、そして当該表面に対して好ましい配向を取った分子の単層を意味する。自己組織化モノレイヤーは、表面を完全にカバーするので当該表面の特性が変化することが示されてきた。例えば、自己組織化モノレイヤーの適用は、表面エネルギー低下をもたらすことができる。
【００３５】
自己組織化モノレイヤーの形成に好適である化学種の例には、有機硫黄化合物、シラン、ホスホン酸、ベンゾトリアゾール、およびカルボン酸のような有機化合物が挙げられる。かかる化合物の例は、ウルマン（Ｕｌｍａｎ）によってレビューで議論されている（Ａ．ウルマン著、「自己組織化モノレイヤーの形成および構造（Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ  ｏｆ  Ｓｅｌｆ−Ａｓｓｅｍｂｌｅｄ  Ｍｏｎｏｌａｙｅｒｓ）」、Ｃｈｅｍ．Ｒｅｖ．９６（１９９６）、１５３３−１５５４ページ）。有機化合物に加えて、ある種の有機金属化合物も自己組織化モノレイヤーの形成に有用である。自己組織化モノレイヤーの形成に好適である有機硫黄化合物の例には、アルキルチオール、ジアルキルジスルフィド、ジアルキルスルフィド、アルキルキサンテート、およびジアルキルチオカルバメートが挙げられる。自己組織化モノレイヤーの形成に好適であるシランの例には、有機クロロシランおよび有機アルコキシシランが挙げられる。自己組織化モノレイヤーの形成に好適であるホスホン酸分子の例は、ペレライト（Ｐｅｌｌｅｒｉｔｅ）らによって議論されている（Ｍ．Ｊ．ペレライト（Ｍ．Ｊ．Ｐｅｌｌｅｒｉｔｅ）、Ｔ．Ｄ．ダンバー（Ｔ．Ｄ．Ｄｕｎｂａｒ）、Ｌ．Ｄ．ボードマン（Ｌ．Ｄ．Ｂｏａｒｄｍａｎ）、およびＥ．Ｊ．ウッド（Ｅ．Ｊ．Ｗｏｏｄ）著、「アルミニウム上へのアルカンホスホン酸からの自己組織化モノレイヤー形成へのフッ素化の影響：速度論および構造（Ｅｆｆｅｃｔｓ  ｏｆ  Ｆｌｕｏｒｉｎａｔｉｏｎ  ｏｎ  Ｓｅｌｆ−Ａｓｓｅｍｂｌｅｄ  Ｍｏｎｏｌａｙｅｒ  Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ  ｆｒｏｍ  Ａｌｋａｎｅｐｈｏｓｐｈｏｎｉｃ  Ａｃｉｄｓ  ｏｎ  Ａｌｕｍｉｎｕｍ：Ｋｉｎｅｔｉｃｓ  ａｎｄ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）」、Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ  Ｂ  １０７（２００３）１１７２６−１１７３６ページ）。自己組織化モノレイヤーの形成に好適である化学種には、例えば、炭化水素化合物、部分フッ素化炭化水素化合物、またはパーフッ素化化合物が含まれ得る。自己組織化モノレイヤーは２つもしくはそれ以上の異なる化学種を含むことができる。２つもしくはそれ以上の異なる化学種の使用では、化学種は混合物としてまたは相分離モルホロジーで自己組織化モノレイヤー中に存在してもよい。
【００３６】
自己組織化モノレイヤーを形成するための例示的な有用な分子には、例えば、（Ｃ3〜Ｃ20）アルキルチオール、（Ｃ10〜Ｃ20）アルキルチオールまたは（Ｃ15〜Ｃ20）アルキルチオールが含まれる。アルキル基は線状または分岐であることができ、自己組織化モノレイヤーの形成を妨げない置換基で置換されているまたは非置換であることができる。
【００３７】
自己組織化モノレイヤーは、様々な方法を用いて金属表面上に形成することができる。例えば、金属表面は化学種を含有する溶液中へ浸漬することができ、金属表面は化学種を含有する溶液を吹き付けることができ、または金属表面は気相で化学種に暴露することができる。金属表面に結合していないいかなる過剰の化学種も、例えば、好適な溶媒でリンスすることによって除去することができる。
【００３８】
金属表面は、自己組織化モノレイヤーを担持するために用いることができる。金属表面には、例えば、元素金属、金属合金、金属間化合物、金属酸化物、金属硫化物、金属炭化物、金属窒化物、およびそれらの組み合わせが含まれ得る。自己組織化単分子膜を担持するための模範的な金属表面には、金、銀、パラジウム、白金、ロジウム、銅、ニッケル、鉄、インジウム、スズ、タンタル、ならびにこれらの元素の混合物、合金、および化合物が含まれる。
【００３９】
用語「無電解堆積」は金属の自己触媒めっき方法を意味する。それは典型的には、還元剤と一緒に可溶形の堆積金属を含有する無電解めっき液の使用を伴う。可溶型の堆積金属は通常、イオン性化学種または金属錯体（すなわち、１つもしくはそれ以上の配位子に配位した金属種）である。多くの実施形態では、無電解堆積には、コートされつつあるワークピースへの電流の適用は含まれない。マロリー（Ｍａｌｌｏｒｙ）およびハジュー（Ｈａｊｄｕ）による書籍は本方法を詳細に記載している（Ｇ．Ｏ．マロリーおよびＪ．Ｂ．ハジュー編、「無電解めっき−原理および応用（Ｅｌｅｃｔｒｏｌｅｓｓ  Ｐｌａｔｉｎｇ−Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓ  ａｎｄ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ）」、Ｗｉｌｌｉａｍ  Ａｎｄｒｅｗ  Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ，ノーウィッチ（Ｎｏｒｗｉｃｈ）（１９９０年））。無電解めっきに伴われる工程は、触媒表面（例えば、金属微細構造化表面）付き基材の製造、引き続く適切なめっき浴への基材の浸漬を含む。触媒表面は、溶液からの金属の堆積を触媒する。いったん開始されると、めっきは、その自らの金属表面によって触媒される、従って用語「自己触媒的な」、溶液金属源の連続還元によって進行する。無電解堆積を用いて形成することができる金属堆積物には、銅、ニッケル、金、銀、パラジウム、ロジウム、ルテニウム、スズ、コバルト、亜鉛、ならびにこれら金属の互いのまたはリンもしくはホウ素との合金、ならびにこれら金属の互いのまたはリンもしくはホウ素との化合物が含まれる。好適な還元剤には、例えば、ホルムアルデヒド、ヒドラジン、アミノボラン、および次亜リン酸塩が含まれる。無電解堆積の触媒作用に好適な金属微細構造化表面には、パラジウム、白金、ロジウム、銀、金、銅、ニッケル、コバルト、鉄、およびスズ、ならびに該元素の互いのまたは他の元素との合金および化合物が含まれる。金属微細構造表面に含まれる堆積金属および金属は同じまたは異なるものであることができる。
【００４０】
いかなる特定の理論にも縛られたくないが、表面上のトポグラフィカル形体は、当該表面の特性を変える自己組織化モノレイヤーの能力が危うくされるほど十分に、表面に付着した自己組織化モノレイヤーの構造に悪影響を及ぼし得ると推測される。例えば、金表面は自己組織化モノレイヤーを担持する特性および金属の無電解堆積を触媒する特性を有することが知られている。これまでに、金上の自己組織化モノレイヤーは無電解めっきに関してその触媒活性をブロックするであろうことが示されてきた（Ａ．クマー（Ａ．Ｋｕｍａｒ）およびＧ．Ｍ．ホワイトサイデス（Ｇ．Ｍ．Ｗｈｉｔｅｓｉｄｅｓ）、米国特許第５，５１２，１３１号明細書、「表面上への微細打抜きパターンの形成および誘導品（Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｍｉｃｒｏｓｔａｍｐｅｄ  Ｐａｔｔｅｒｎｓ  ｏｎ  Ｓｕｒｆａｃｅｓ  ａｎｄ  Ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ  Ａｒｔｉｃｌｅｓ）」（１９９６年））。
【００４１】
さらに、金のような金属表面についてのトポグラフィカル形体は自己組織化モノレイヤーが触媒活性をブロックする当該能力を妨げることができ、こうしてパターン化の方法の根拠を形成すると推測される。触媒活性のかかる明らかな途絶につながるトポグラフィカル形体は、エンボス加工、スクラビング、または成形の便利な方法によって生み出すことができる。
【００４２】
図１は、パターン化トポグラフィおよび自己組織化モノレイヤーを用いる微細加工の例示的方法の略図である。基材１０５は基材１０５上に配置された金属層１１０を含む。一実施形態では、基材１０５はポリマー材料から形成され、金属層１１０は金属から形成される。多くの実施形態では、金属層１１０は連続均一金属層である。一実施形態では、連続均一金属層１１０は単一金属または合金から形成される。
【００４３】
メカニカルツール１２０は、メカニカルツール１２０の第１面１３５上に形成されたトポグラフィカル形体１３０を有して示される。メカニカルツール１２０は、メカニカルツール１２０第１面１３５が金属層１１０の表面１４０と接触するように金属層１１０の表面１４０に適用することができる。一実施形態では、微細構造またはトポグラフィカル形体１３０のネガティブのレプリカが金属層１１０の表面１４０上に転写されてまたは表面上へエンボス加工されて金属層１１０表面１４０上に微細構造１３１を形成するように圧力（下向き矢印で示されるような）がメカニカルツール１２０に加えられる。この機械的に形成された微細構造１３１は金属微細構造化表面１３６と称される。微細構造化物品１０１は、金属微細構造表面１３６を有する基材を含む。
【００４４】
自己組織化モノレイヤー１５０は、上記のような金属微細構造化表面１３６上に形成される１０２。本実施形態では、自己組織化モノレイヤー１５０は、金属層１１０の全体表面１４０の端から端まで配置されて示される。自己組織化モノレイヤー１５０は、金属層１１０表面１４０に沿って一様に配置することができる。自己組織化モノレイヤー１５０は、微細構造１３１上にまたはその近くに途絶の区域を有することができる。少なくとも幾つかの実施形態では、微細構造１３１上のまたはその近くの途絶の区域は、微細構造１３１トポグラフィによってもたらされる。
【００４５】
自己組織化モノレイヤー１５０は、可溶型の堆積金属を含む無電解めっき液１６０に暴露される１０３。堆積金属は、金属微細構造化表面１３６上に選択的に堆積されて堆積金属パターン１６５を形成することができる１０４。一実施形態では、堆積金属は銅を含み、金属微細構造化表面１３６は金から形成される。幾つかの実施形態では、金属層１１０の少なくとも一部は、堆積金属の堆積後にエッチングによって除去することができる。
【００４６】
いかなる特定の理論にも縛られたくないが、自己組織化モノレイヤー１５０中の途絶の区域は微細構造１３１上にまたはその近くに形成された途絶区域で堆積金属に金属層１４０と結合させると考えられる。
【００４７】
図２は、パターン化トポグラフィおよび自己組織化モノレイヤーを用いる微細加工の別の例示的方法の略図である。メカニカルツール２２０は、メカニカルツール２２０の第１面２３５上に形成されたトポグラフィカル形体２３０を有して示される。メカニカルツールは、メカニカルツール２２０第１面２３５が基材２０５の表面２０６と接触するように基材２０５の表面２０６に適用することができる。一実施形態では、微細構造またはトポグラフィカル形体２３０が基材２０５の表面２０６に転写されて基材２０５表面２０６上に微細構造２０８を形成するように２０１圧力（下向き矢印で示されるような）がメカニカルツール２２０に加えられる。この機械的に形成された微細構造２０８は基材微細構造化表面２０７と称される。
【００４８】
金属層２１０が次に基材微細構造化表面２０７上に配置されて２０２金属微細構造化表面２３６を形成する。一実施形態では、基材２０５はポリマー材料から形成され、金属層２１０は金属から形成される。多くの実施形態では、金属層２１０は連続均一金属層である。一実施形態では、連続均一金属層２１０は単一金属または合金から形成される。
【００４９】
自己組織化モノレイヤー２５０は、上記のような金属微細構造化表面２３６上に形成される２０２。自己組織化モノレイヤー２５０は、金属層２１０の全体表面２４０上に配置されて示される。一実施形態では、自己組織化モノレイヤー２５０は、金属層２１０表面２４０に沿って一様に配置される。自己組織化モノレイヤー２５０は、微細構造２３１上にまたはその近くに途絶の区域を有することができる。少なくとも幾つかの実施形態では、微細構造２３１上のまたはその近くの途絶の区域は、微細構造２３１トポグラフィによってもたらされる。
【００５０】
自己組織化モノレイヤー２５０は、可溶型の堆積金属を含む無電解めっき液２６０に暴露される２０３。堆積金属は、金属微細構造化表面２３６上に選択的に堆積されて堆積金属パターン２６５を形成することができる２０４。一実施形態では、堆積金属は銅を含み、金属微細構造化表面２３６は金から形成される。幾つかの実施形態では、金属層２１０の少なくとも一部は、堆積金属の堆積後にエッチングによって除去することができる。
【００５１】
いかなる特定の理論にも縛られたくないが、自己組織化モノレイヤー２５０中の途絶の区域は微細構造２３１上にまたはその近くに形成された途絶区域で堆積金属に金属層２４０と結合させると考えられる。
【００５２】
図３は、堆積金属３６５が微細構造上に形成された例示的な微細構造の略断面図である。金属微細構造化表面３３６は、トポグラフィカル形体３２０に隣接した滑らかな領域３３０を含む。トポグラフィカル形体３２０は、基材から離れて伸びる、突き出た形体として示される。本実施形態では、滑らかな領域３３０およびトポグラフィカル形体３２０は、単一の連続均一金属層３３６で形成される。自己組織化モノレイヤー３５０は、単一の連続均一金属層３３６上に配置される。堆積金属３６５は、無電解めっき浴３６０によってトポグラフィカル形体３２０上の途絶の区域３６１で選択的に形成される。
【００５３】
幾つかの実施形態では、トポグラフィカル形体３２０は基材から離れて伸び、５００ナノメートル以下、または５〜５００ナノメートル、または１０〜５００ナノメートル、または２０〜２５０ナノメートル、または５０〜２００ナノメートルの曲率半径Ｒを有する。曲率半径Ｒは、例えば、走査プローブ顕微鏡、例えば原子間力顕微鏡の助けを借りて測定することができる。
【００５４】
多くの実施形態では、基材表面から突き出る有用なトポグラフィカル形体は１ナノメートル〜１００マイクロメートル、または１０ナノメートル〜１０マイクロメートル、または２０ナノメートル〜１マイクロメートルの範囲の高さを有することができる。
【００５５】
堆積金属は、ある厚さだけでなく、基材表面上にある区域形状および区域サイズを有するとして記載されてもよい。堆積金属の区域形状は、基材上に規則的なまたは繰り返しの幾何学的配置、例えば、堆積金属多角形の配列、または多角形の配列を含む別個の非堆積区域の境界を画定する堆積金属痕跡のパターンを示すことができる。他の実施形態では、堆積金属形状は、基材上にランダム配置、例えば、非堆積区域について不規則な形状の境界を画定する痕跡のランダムネットを示してもよい。さらに別の実施形態では、堆積金属形状は、規則的ではない、繰り返しではない、またはランダムではない配置であるが、対称または繰り返し幾何学的要素を含むまたは欠く規定デザインである配置を示してもよい。一実施形態では、光透過性ＥＭＩシールド材料の製造に有用である堆積金属についての形状は、幅、厚さ、およびピッチによって特徴づけられる堆積金属の痕跡を含む、正方格子である。光透過性ＥＭＩシールド材料の製造に有用な他の形状には、規則的な六角形の形状を有する、かつ、密に充填された順に配置されているオープン区域を画定する連続金属痕跡が含まれる。
【００５６】
幾つかの実施形態では、堆積金属形状についての最小区域寸法、例えば堆積金属の線状痕跡の幅は１ナノメートル〜１ミリメートル、または１０ナノメートル〜５０マイクロメートル、または１００ナノメートル〜２５マイクロメートル、または１マイクロメートル〜１５マイクロメートルの範囲であることができる。光透過性ＥＭＩシールド材料の製造についての例示的な一実施形態では、堆積金属の線状痕跡の幅は５マイクロメートル〜１５マイクロメートルの範囲にあり、厚さは１マイクロメートル〜５マイクロメートルの範囲にあり、そしてピッチは２５マイクロメートル〜１ミリメートルの範囲にある。上の堆積金属形状についての最大区域寸法、例えば堆積金属の線状痕跡の長さは１マイクロメートル〜５メートル、または１０マイクロメートル〜１メートルの範囲であることができる。光透過性ＥＭＩシールド材料、ＥＭＩシールド材料のシートを製造するために、堆積金属の線状痕跡の長さは、例えば、１センチメートル〜１メートルの範囲にあることができる。
【００５７】
本発明は、本明細書に記載される特定の実施例に限定されると考えられるべきではなく、むしろ添付の特許請求の範囲に公正に提示されるように本発明のすべての態様をカバーすると理解されるべきである。本発明が適用できる多数の構造だけでなく、様々な修正、同等の方法は、本明細書の再検討時に本発明に関する当業者には容易に明らかであろう。
【実施例】
【００５８】
特に記載のない限り、化学試薬および溶媒は、アルドリッチ・ケミカル社、ウィスコンシン州ミルウォーキー（Ａｌｄｒｉｃｈ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏ．，Ｍｉｌｗａｕｋｅｅ，ＷＩ）から入手した、または入手することができる。
【００５９】
本明細書で用いるところでは、「ＦＭ−２」は、ＣＰＦフィルムス、カリフォルニア州カノガ・パーク（ＣＰＦｉｌｍｓ，Ｃａｎｏｇａ  Ｐａｒｋ，ＣＡ）から入手可能な金コーティッドポリ（エチレンテレフタレート）フィルムを意味する。
【００６０】
無電解銅めっき液
無電解銅めっき液は、脱イオン水（１９９．２９ｇ）、硫酸銅五水和物（１．５０ｇ）、水酸化ナトリウム（１．３５ｇ）、ホルムアルデヒド（マリンクロット・ベイカー社、ニュージャージー州フィリップスバーグ（Ｍａｌｌｉｎｃｋｒｏｄｔ  Ｂａｋｅｒ  Ｉｎｃ．，Ｐｈｉｌｌｉｐｓｂｕｒｇ，ＮＪ）から入手可能な、１．３２ｇの３７重量パーセント水溶液）、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラキス（２−ヒドロキシプロピル）エチレンジアミン（２．３１ｇ；ランカスター・シンセシス社、ニューハンプシャー州ペルハム（Ｌａｎｃａｓｔｅｒ  Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ  Ｉｎｃ．，Ｐｅｌｈａｍ，ＮＨ）から入手可能な）、エチレンジアミン四酢酸（１．１７ｇ）、および２，２’−ビピリジン（０．０３ｇ）を組み合わせることによって調製した。得られた溶液のｐＨを、リットル当たり２．０モル水酸化ナトリウム水溶液を使用して１２．３に調整した。めっき液を６８℃の温度で使用した。
【００６１】
実施例１
メカニカルスクライビングによってパターン化した基材上への銅の堆積
ＦＭ−２の１インチ（２５．４ｍｍ）×１．５インチ（３８．１ｍｍ）サンプルの金コーティングを、オムニスクライブ（ＯＭＮＩＳＣＲＩＢＥ）ダイヤモンド先端スクライブ（ランザー社、ニュージャージー州サドルブルック（Ｌｕｎｚｅｒ，Ｉｎｃ．，Ｓａｄｄｌｅ  Ｂｒｏｏｋ，ＮＪ）から入手可能な）を用いて長方形格子パターンにスクライビングした。フィルムサンプルをエタノール中の１−オクタデカンチオールの０．１重量パーセント溶液に２分間浸漬し、その時間後にそれをエタノールでリンスした。フィルムサンプルを次に６８℃の無電解銅めっき液に浸漬した。３０分後に、フィルムサンプルを無電解銅めっき液から取り出し、脱イオン水でリンスし、室温で風乾させた。サンプルの表面の一部を図４に示す。図４で、淡い薄い色のついた領域は、銅が堆積した領域である。
【００６２】
フィルムサンプルを次に、ヨウ化カリウム（２ｇ）、そして次にヨウ素（１ｇ）を脱イオン水（４０ｍＬ）に溶解させることによって作った溶液におおよそ１５秒間浸漬してフィルム上の露出した金コーティングをエッチングによって除去した。フィルムサンプルを次に脱イオン水でリンスし、室温で風乾させた。
【００６３】
実施例２
メカニカルスクライビングによってパターン化した基材上への銅の堆積
ＦＭ−２の１インチ（２５．４ｍｍ）×１．５インチ（３８．１ｍｍ）サンプルの金コーティングを、カット−キャット（ＣＵＴ−ＣＡＴ）回転ペーパートリマー（ダーレ・ノース・アメリカ社、ニューハンプシャー州ピーターバラ（Ｄａｈｌｅ  Ｎｏｒｔｈ  Ａｍｅｒｉｃａ，Ｉｎｃ．，Ｐｅｔｅｒｂｏｒｏｕｇｈ，ＮＨ）から入手可能な）を用いてランダムにスクライビングした。フィルムサンプルをエタノール中の１−オクタデカンチオールの０．１重量パーセント溶液に２分間浸漬し、その時間後にそれをエタノールでリンスした。フィルムサンプルを次に６８℃の無電解銅めっき液に浸漬した。３０分後に、フィルムサンプルを無電解銅めっき液から取り出し、脱イオン水でリンスし、室温で風乾させた。サンプルの表面の一部を図５に示す。図５で、淡い薄い色のついた領域は、銅が堆積した領域である。
【００６４】
実施例３
メカニカルスクライビングによってパターン化した基材上への銅の堆積
ＦＭ−２の１インチ（２５．４ｍｍ）×１．５インチ（３８．１ｍｍ）サンプルの金コーティングを、回転ガラスカッター（フレッチャー−テリー社、コネチカット州ファーミントン（Ｆｌｅｔｃｈｅｒ−Ｔｅｒｒｙ  Ｃｏ．，Ｆａｒｍｉｎｇｔｏｎ，ＣＴ）から入手可能な）を用いておおよそ平行のラインのパターンにスクライビングした。フィルムサンプルをエタノール中の１−オクタデカンチオールの０．１重量パーセント溶液に２分間部分的に浸漬し、その時間後にそれをエタノールでリンスした。フィルムサンプルを次に６８℃の無電解銅めっき液に部分的に浸漬した。３０分後に、フィルムサンプルを無電解銅めっき液から取り出し、脱イオン水でリンスし、室温で風乾させた。サンプルの表面（すなわち、全体表面）を図６に示す。図６で、淡い薄い色のついたおおよそ平行のラインは、銅が堆積した領域である。
【００６５】
実施例４
エンボス加工によってパターン化した基材上への銅の堆積
ガラスエンボス加工ツールを、ガラス板上へパターンをエッチすることによって製造した。１２．７ｃｍ×７．６ｃｍ×０．０５ｃｍの寸法を有するガラス板の一面を、約３ｃｍ×４ｃｍの寸法を有する領域で３Ｍポリイミドフィルムテープ（３Ｍ  Ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ  Ｆｉｌｍ  Ｔａｐｅ）５４１３（３Ｍカンパニー、ミネソタ州セントポール（３Ｍ  Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｓｔ．Ｐａｕｌ，ＭＮ）から入手可能な）の１層でカバーした。それをガラス板に付着させた後、テープをかみそりの刃でカットしておおよそ０．０７ｃｍの間隔でテープのおおよそ０．０５ｃｍ幅ストリップを提供した。おおよそ０．０５ｃｍ幅ストリップ間のテープを除去し、テープの一連のおおよそ０．０５ｃｍ×おおよそ４ｃｍストリップが一表面に付着したガラス板を残した。ガラス板を次にフッ化水素酸の２５重量パーセント水溶液に１０分間沈めた。ガラス板を酸溶液から取り出し、そして水でリンスした後、それを室温で風乾させた。ポリイミドテープのストリップを除去して、テープのストリップによってカバーされていないガラス板の部分がフッ化水素酸によってエッチされ、除去されたことを明らかにした。ガラス板は、おおよそ０．０６ｃｍ高さであるおおよそ０．０５ｃｍ幅の尾根のパターンを有した。尾根を含むガラスの表面を、柔軟なＭ７４グレード・ダイヤモンド・ベルト（３Ｍカンパニー、ミネソタ州セントポールから入手可能な）付きモデル・ソマカ（Ｍｏｄｅｌ  Ｓｏｍａｃａ）ＢＭ−１０６Ｇ−ＲＰ２４ベルト研磨機（ソムマー・アンド・マカ・インダストリーズ、イリノイ州シカゴ（Ｓｏｍｍｅｒ  ＆  Ｍａｃａ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ，Ｃｈｉｃａｇｏ，ＩＬ）から入手可能な）を用いて軽く研磨した。
【００６６】
ガラスエンボス加工ツールを用いておおよそ３．８ｃｍ×７．６ｃｍ×０．３ｃｍピースのＯＰＴＩＸアクリルシート（プラスコライト社、オハイオ州コロンバス（Ｐｌａｓｋｏｌｉｔｅ，Ｉｎｃ．，Ｃｏｌｕｍｂｕｓ，ＯＨ）から入手可能な）を、シートがガラス上の尾根のパターンと接触した状態で、ガラス板に向けて置くことによってエンボス加工アクリルシートを製造した。ガラスエンボス加工ツールおよびアクリルシートアセンブリを、モデル・オート（Ｍｏｄｅｌ  ＡＵＴＯ）Ｍ積層プレス（カーバー社、インディアナ州ワバッハ（Ｃａｒｖｅｒ，Ｉｎｃ．，Ｗａｂａｓｈ，ＩＮ）から入手可能な）の加熱した圧盤の間に１３０℃で３０分間置いた。次に、プレスを用い、３５６０ニュートンの力を１３０℃の温度で２０分間用いてガラスエンボス加工ツールをアクリルシート中へ圧入した。ガラス／シートアセンブリをプレスから取り出し、そしてエンボス加工シートが室温に冷えた後、アクリルシートのエンボス加工面（すなわち、ガラスエンボス加工ツールに押し付けられた面）を、熱蒸発器（カートＪ．レスカー社，ペンシルバニア州ピッツバーグ（Ｋｕｒｔ  Ｊ．Ｌｅｓｋｅｒ  Ｃｏ．，Ｐｉｔｔｓｂｕｒｇｈ，ＰＡ）から入手可能な）を用いて５０オングストロームのチタン、そして次に６００オングストロームの金で順次コートした。
【００６７】
金属コーティッドエンボス加工アクリルシートを、エタノール中の１−オクタデカンチオールの０．１重量パーセント溶液に２分間浸漬し、その時間後にそれをエタノールでリンスした。フィルムサンプルを次に６８℃の無電解銅めっき液に浸漬した。３０分後に、フィルムサンプルを無電解銅めっき液から取り出し、脱イオン水でリンスし、室温で風乾させた。サンプルの表面の一部を図７に示す。図７で、淡い薄い色のついた領域は、銅が堆積した領域である。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】パターン化トポグラフィおよび自己組織化モノレイヤーを用いる微細加工の例示的方法の略図である。
【図２】パターン化トポグラフィおよび自己組織化モノレイヤーを用いる微細加工の別の例示的方法の略図である。
【図３】堆積金属が微細構造上に形成された例示的な微細構造の略断面図である。
【図４】実施例１で形成された生成構造の走査電子顕微鏡写真である。
【図５】実施例２で形成された生成構造の走査電子顕微鏡写真である。
【図６】実施例３で形成された生成構造の写真である。
【図７】実施例４で形成された生成構造の写真である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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