DE1943972A1 - Photographisches Verfahren zur Herstellung eines metallischen Musters auf einer Oberflaeche - Google Patents

Description

US-Ser.No. 759 2^2
Filed: September 11, I968

RCA Corporation, New York, N,Y, (V.St,A.)

Fhotographisohes Verfahren zur Herstellung eines metallischen Musters auf einer Oberfläche,

Die Erfindung betrifft ein photographisches Verfahren zur

!Herstellung eines metallischen Musters auf einer Oberfläche, bei dem auf dieser Oberfläche ein lichtempfindlicher Überzug aufgebracht und mit einem Lichtmuster belichtet wird, dessen Licht im spektralen Empfindlichkeitsbereich des Überzugs liegt, so daß Bereiche größerer und Bereiche geringerer Löslichkeit entstehen, daß der Überzug durch Entfernen der Bereiche größerer Löslichkeit zur Erzeugung eines nichtlöslichen Musters auf der Oberfläche entwickelt !wird,

i Zur Herstellung eines metallischen Musters auf einer Ober-

■fläche sind bereits verschiedene Verfahren vorgeschlagen worden. Beispielsweise wird ein Metallmuster unmittelbar auf einer mit einer Maske abgedeckten Oberfläche abgelagert, beispielsweise jdurch Metallaufdampfung, und dann wird die Maske oder Schablone entfernt. Man kann auch über eine mit einer Schablone abgedeckte !Oberfläche ein Metallreslnatmuster aufsprühen. Die Maske wirö dann !entfernt und dae abgelagerte Reeinat wird In ein leitendes Metall« imueter umgewandelt. Bei nooli «inem anderen Verfahren, wie es im ÜS-Patent 2 4j55 889 beschrieben ist, wird eine Metallresinat-[echlcht auf einer isolierenden Oberfläche abgelagert. Dann wird die Schicht mit einem widerstandsfähigen Material oder einer Schablone abgedeokt, und die nichtabgedeckten Teile der Schicht werden durch Ätzen in das oder in einem flüssigen Ätzmittel oder durch Sandstrahlen entfernt» Dann wird dl· Maske abgenommen»

OJJUlÄilUt— -

Alle diese bekannten Verfahren haben Nachteile, die in der

Verwendung einer Maske zur Ausbildung des Musters in der angren-

jzenden Schicht bedingt sind. Zunächst sind viele Verfahrenssehritte erforderlich. Eine Maske für kleine Werkstücke ist schwierig ¹ zu handhaben, so daß oft das Werkstück nicht sauber abgedeckt wird. Verwendet man bei einer Maske Tinte, dann wird die Tinte ¹ infolge der Kapillarwirkung unter die Maskenkanten gezogen und [verhindert die Ausbildung von exakten.und von räumlich kleinen Mustern. Auch die Verwendung von Seidensieben mit einer Maske erjfordert teuere Geräte und führt nicht zu genauen kleinen Mustern, Das Ätzen.eines Metallfilmes durch eine Maske hindurch ist in bestimmten Anwendungsfällen ebenfalls nicht zufriedenstellend, weil das saure Ätzmittel unter die Maske läuft, so daß keine gleichmäßige Reproduzierbarkeit gegeben ist.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Vermeidung der Nachteile der bekannten Verfahren. Diese Aufgabe wird bei der Herstellung eines metallischen Musters erfindungsgemäß durch die Anwendung eines photographischen Verfahrens verhindert, bei welchem ein Überzug aus einer Mischung eines organischen Photoresistmaterials mit einem im wesentlichen durchsichtigen Metallresinat verwendet wird und nach einer Belichtung das entstehende Resinatmuster durch Erhitzen zur Umwandlung in ein Metallmuster entwickelt. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die Herstellung brauchbarer leitender Muster mit besserer Auflösung als es nach den bisherigen Verfahren unter Verwendung einer Schablone oder eines Siebes zur Bestimmung eines Metallresinatmusters der Fall war. Auch weist das erfindungsgemäße Verfahren weniger Schritte auf, die noch dazu j nach den in der optischen Technik gut bekannten Methoden leicht ,steuerbar sind, und es benötigt weniger Licht.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird die lichtempfindliche Mischung aus einer Goldresinatlöjsung mit einem Photoresistmaterial hergestellt» Beispielsweise kann diese Mischung 8,7 Gramm "Hanovia A-I56I liquid bright gold" der Firma Hanovia Division* Englehardt Industries, Newark, New Jersey, USA, und 5 Gramm Shipley AZ-1350 photoresist der Shipley Company, Inc., Newton, Massachusetts, USA, aufweisen. Ein dicker überzug dieser Mischung wird auf die Oberfläche einer Glasplatte aufgebracht,

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ι ' Das Liquid-Bright-Gold ist im wesentlichen ein Gold-Sulfore-

• sinat in einem öligen Lösungsmittel, Das Photoresistmaterial'

; Shipley AZ-I35O besteht im wesentlichen aus Ortho-Quinon-Diazid in einem geeigneten Ätherlösungsmittel.

'' Bei diesem Beispiel läßt man das Überzugsmaterial über die zu überziehende Oberfläche fließen. Der Überzug wird dann in Luft

. bei etwa 80 ⁰C I5 Minuten lang getrocknet. All diese bisher genannten Verfahrensschritte werden in Dunkelheit oder bei Dunkelkammerbeleuchtung durchgeführt, da die Lösung und der Überzug gegen blaues und ultraviolettes Licht empfindlich sind. Dann wird eine photographische Schablone (beispielsweise aus Aluminiumfolie) mit offenen Bereichen in Berührung mit der überzogenen Oberfläche

^; gebracht und der Überzug wird durch die Schablone einer Ultra-

i violettbeleuchtung von einer Quecksilberdampflampe zwei Minuten lang ausgesetzt. Der belichtete Überzug wird dann durch Eintauchen

j in eine wässerige Lösung von beispielsweise Natriumhydroxyd eingetaucht. Diese Entwicklung löst die von dem blauen oder ultra-

^! violetten Licht belichteten Teile des Überzugs weg, während die i übrigen Bereiche verbleiben. Der entwickelte Überzug auf der

• Glasplatte wird dann in einen Ofen gebracht und unter Ventilation nach dem folgenden Programm erhitzt; Etwa 50 Minuten auf 225 °C* 15 Minuten auf 400 ⁰G, I5 Minuten auf 560 ⁰C und schließlich ohne

• Ventilation nachmals 20 Minuten bei 56O ⁰C. Die überzogene Glas- ', platte wird dann auf Zimmertemperatur abgekühlt, und es befindet 1 sich auf ihr ein elektrisch-leitendes Metallmuster. Die elektri-. sehe Leitfähigkeit wurde durch Anlegen.einer Spannung über etwa 12 bis 15 mm eines Bereichs des Überzugs und durch Messen des Widerstandes geprüft. Der gemessene Widerstand betrug weniger als 20 Ohm,-normalerweise liegt er im Bereich zwischen 5 und 8 0hm, Das so gebildete Metallmuster bestand im wesentlichen aus Gold mit geringeren Anteilen von Rhodium-, Wismut - oder Chromoxyden,

; Das bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendete Metalli resinat- sieht im wesentlichen durchsichtig aus, wenn es als dünner ; Film auf einer Isolieroberfläche aufgebracht wird. Es ist ferner ^! von solcher Art, daß es beim Mischen mit dem Photoresistmaterial einen im wesentlichen durchsichtigen Film ergibt. Dieser Film kann farblos oder leicht eingefärbt sein, Metallresinate sind

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bekannt und beispielsweise in den US-Patenten 2 490 399 und 2 842 457 beschrieben. Die meisten dieser bekannten Metallresinati verbindungen sind dunkelfarbig und in einigen Fällen vollständig •undurchsichtig« Die dunkelfarbigen Metallresinate eignen sich ίnicht für das vorbeschriebene Verfahren, sondern es sind nur diejenigen zum Aufbringen als Film verwendbar, die praktisch farblos •sind.

Es können praktisch durchsichtige Metallresinate von Gold, j Platin oder Palladium verwendet werden. Wie bei den bekannten jMetallresinaten können Flußmittel in Form von Rhodiumresinat, I Wismut- oder Chromflußmittel verwendet werden, aufgrund deren Wirkung ein Metallfilm entsteht, der besser an der zu überziehenden ι Oberfläche anhaftet. Das Metallresinat kann in Lösung mit einer :nichtwässrigen Flüssigkeit verwendet werden, es kann aber auch ' I auf Wasserbasis als Emulsion oder Lösung in einem wässrigen Medium [verwendet werden. Zur Veränderung der Viskosität der Metallresinat tmischung -können auch praktisch durchsichtige Chemikalien verwendet ■ werden, welche die Viskosität vergrößern.

j Das Photoresistmaterial kann irgendeine der bekannten Mate-Irialien sein, jedoch muß es mit der Metallresinatverbindung ver-Iträglich sein. So haben im vorbeschriebenen Beispiel sowohl das jMetallresinat als auch das Resistmaterial eine LÖsungsmlttelgrund- \lage. Das Resistmaterial kann beispielsweise aus einem organischen ¹ Material bestehen, welches auf der Oberfläche einen liehtempfindfliehen, wasserunlöslichen Film bildet. Nach der Belichtung werden !die belichteten Teile dieser Verbindung zu einer organischen Säure :umgewandelt, die in einer schwachen alkalischen wässrigen Lösung lösbar ist. Dieses Photoresistmaterial führt zu einem positiven Bild: D.h., daß die beschichteten Bereiche der Oberfläche die nichtbelichteten Bereiche des Überzugs sind. Es können auch negativ arbeitende Photoresistmaterialien verwendet werden, welche zu leitenden Bereichen an denjenigen Stellen führen, wo sich die belichteten Teile des Resistmaterial befunden hatten. Ferner kann !das Photoresistmaterial auf Wasserbasis statt auf einer Lösungsmittelbasis bestehen. Als Beispiel für eine Wasserbasis kann Polyvinylalkohol mit einem Sensibilisator und einer auf Wasserbasis bestehenden Emulsion eines Metallresinats zu der Überzugs--

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mischung gemischt werden.

Die überzogene Oberfläche kann von einem Körper beliebiger Form oder Größe aus irgendeinem Material gebildet werden. Am besten haben sich Glas- oder Keramikkörper zur Herstellung der Überzüge geeignet.

Die Verfahrensschritte des Zusammenmischens der Bestandteile für die Überzugslösung, das Überziehen der Oberfläche mit der Lösung und das Trocknen läßt sich durch übliche Techniken bewerkstelligen. Der Überzug kann durch irgendein Verfahren abgelagert j werden, beispielsweise durch Aufsprühen, Tauchen, Siebdrucken, iAufstreichen oder Auffließenlassen.

j Der lichtempfindliche Überzug wird einem Lichtmuster ausgesetzt, wobei das Licht im spektralen Empfindlichkeitsbereich des Überzugsmaterials liegt. Das Lichtmuster kann in bekannter Weise durch Kontaktbelichtung erfolgen, wobei eine Schablone im Kontakt ^!mit dem Überzug gebracht wird und der Überzug durch die Schablone belichtet wird. Natürlich kann das Lichtmuster auch aufprojiziert jwerden, wobei das Licht mit Hilfe eines optischen Abbildungs- !systems durch eine Schablone, ein photographisches Negativ oder Positiv auf den Überzug projiziert wird. Das Licht hat die Wlrkungj daß Bereiche größerer Löslichkeit und Bereiche kleinerer Löslichkeit im Überzug entstehen. Dann werden beim Entwickeln des Über-,zugs die Bereiche größerer Löslichkeit entfernt, so daß ein Muster aus einem Metallresinat auf der Oberfläche, welche dem Lichttouster [entspricht, übrigbleibt. Der Entwickler^öder die Entwicklerlösung, jwelche verwendet wird, richtet-sich nach der Art des Photoresistjmaterials. ^ ""

\ Der letzte-Verfahrensschritt des Erhitzens wird durchgeführt, _Juis-4as^fiüster aus Metallresinat in ein elektrisch-leitendes Metallmuster umzuwandeln, Wenn die Überzugsverbindung Materialien enthält, die zur Entfernung oxydiert werden müssen, dann wird die Srhitzung in einer oxydierenden Atmosphäre bei solchen Temperature: und während solcher Zeiträume durchgeführt, daß diese Komponenten !entfernt werden, wobei jedoch keine Zerstörung des Trägermaterial •joder des letztlich erzeugten Metallmusters auftreten darf. Im allgejneinen wird die Erhitzung in Luft bei einer Temperatur von etwa

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500 bis 800 ⁰C durchgeführt, bis das organische Material entfernt j ist. Das Erhitzen wird für eine kurze Zeitdauer bei verringerter j Luftzufuhr fortgesetzt, so daß eine feste Verbindung zwischen dem verbleibenden Metall des Musters und der Oberfläche eintritt.

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Claims (4)

Patentansprüche

1.J) Photo graphisches Verfahren zur Herstellung eines metallischen Musters auf einer Oberfläche, bei dem auf dieser Oberfläche ein lichtempfindlicher Überzug aufgebracht und mit einem Liehtmuster belichtet wird, dessen Licht im spektralen Empflndliehkeitsbereioh ■ des Überzugs liegt, so daß Bereiche größerer und Bereiche geringerer Löslichkeit entstehen, daß der Überzug durch Entfernen der Bereiche größerer Löslichkeit zur Erzeugung eines nichtlöslichen Musters auf der Oberfläche entwickelt wird, dadurch gekennzeichnet , daß der Überzug eine Mischung aus einem ^;organischen Photoresistmaterial und einem Metallmaterial besteht und daß das Muster zur Umwandlung des unlöslichen Musters in ein metallisches Muster erhitzt wird.

2.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung eine praktisch farblose fltfesi I ge Metallresinatverbindung und eine praktisch farblose flüssige Photoresistverbindung enthält,

5.) Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet .durch eine Mischung auf Lösungsmittelbasis.

4.) Verfahren nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß der belichtete Überzug mit Hilfe einer ■verdünnten wässrigen Alkalilösung entwickelt wird. V,

'5.) Verfahren naoh Anspruch 1-, d adurch gekennzeichnet, daß" "das Metallresinat praktisch aus Gold besteht. ^--'"

nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Mischung auf Wasserbasis,

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