DE2431252A1 - Verfahren zum herstellen einer matrize - Google Patents
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Description
THOMSON - BRANDT
173, Bd. Haussmann
75OOB PARIS" /Frankreich
Unser Zeichen; T 1614
Verfahren zum Herstellen einer Matrize
Die Erfindung betrifft die Verbreitung von Information mittels eines stofflichen Informationsträgers, der das
Speichern der Information und ihre spätere Wiedergabe mittels einer geeigneten Lesevorrichtung ermöglicht. Sie
betrifft insbesondere ein Verfahren/ welches ausgehend von einem die Information tragenden elektrischen Signal
das Erzielen einer Prägung ermöglicht, die ausreichend fein und widerstandsfähig ist, damit sie bei der serienweisen
Reproduktion der Aufzeichnungen als Matrize dienen kann.
In dem Fall der Aufzeichnungen, die optisch gelesen werden, besteht die erzielte Prägung aus einer Spur mit im wesentlichen
konstanter Breite, die auf der Oberfläche eines biegsamen oder starren Informationsträgers angeordnet ist.
Die Spur besteht aus einer Folge von vertieften oder er-
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höhten Beugungselementen, deren ungleichmäßiger Ab-"stand
und ungleichmäßige Breite die einzigen Parameter sind, die die Umsetzung des die Information tragenden
elektrischen Signals sicherstellen. Aus Gründen, die sich aus dem Verfahren des optischen Lesens
durch Beugung ergeben, liegt die Breite der Beugungselemente in der. Größenordnung von Mikron. Das Gravieren
einer Matrize, die für die serienmäßige Reproduktion von solchen Aufzeichnungen bestimmt ist, kann in mehreren
Stufen durch ein Verfahren ausgeführt werden, gemäß welchem aufeinanderfolgend auf ein Substrat eine
Schicht aus lichtempfindlichem Harz und eine als Maske dienende dünne Haut aus verdampfbareui Material aufgebracht
werden. Gemäß diesem bekannten Verfahren beginnt man mit dem örtlichen Bestrahlen der verdampfbaren Maske
derart, daß in derselben Löcher gebildet werden, unri
danach belichtet man das lichtempfindliche Harz durch die gebildeten Löcher hindurch. Eine geeignete chemische
Behandlung des Harzes liefert eine Prägung entsprechender Tiefe, deren gegensätzlicher Typ durch
das elektrolytische Niederschlagen eines Metalls erhalten werden kann, welches eine gute mechanische Festigkeit
hat. Das Gravierungsverfahren enthält eine große Anzahl von aufeinanderfolgenden Schritten, denn man ist
gezwungen, nacheinander ein Maskierungsmaterial, eine Harzschicht und ein Füllungsmetall zu benutzen, damit
die Matrize die gewünschten Eigenschaften hinsichtlich Feinheit, Tiefe und Widerstandsfähigkeit aufweist. Die
Vereinfachung, die darin besteht, die selektive Belichtung des Harzes direkt auszuführen, ohne daß eine verdampfbare Maske verwendet wird/ ergibt mittelmäßige
Ergebnisse, denn die Erfahrung hat gezeigt, daß ein konzentriertes Strahlungsenergiebündel eine größere Gravierungsfeinheit ergibt, wenn es zum Verdampfen einer
äußerst feinen Haut diene, als wenn es zum Bestrahlen eines lichtempfindlichen Harzes dient, das eine größere
Dicke hat.
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Zur Vereinfachung des GravierungsVerfahrens einer Matrize
ohne Verlust der Feinheit, die die Verdampfungstechnik mit sich bringt, sieht die Erfindung vor, durch
Elektrolyse selektiv Füllungsmetall aufzutragen, sobald durch Verdampfung die Perforation einer leitenden Haut
erfolgt ist, die auf die elektrisch isolierende Oberfläche eines Substrats aufgetragen ist. Man spart auf
diese Weise einen Schritt des bekannten Verfahrens ein und es ist infolgedessen nicht mehr erforderlich, eine
Zwischenschicht aus lichtempfindlichem Harz vorzusehen.
Die Erfindung schafft ein Verfahren zum Herstellen einer Matrize, mittels welcher auf einem Informationsträger
die Prägung einer Spur reproduziert werden kann, die eine vorbestimmte Breite hat und aus Beugungselementen
besteht, welche durch ihre ungleichmäßige Länge und ihren ungleichmäßigen Abstand längs der Spurachse die
Umsetzung eines rechteckförmigen elektrischen Signals sicherstellen, wobei die Spur dadurch gebildet wird,
daß eine ein Substrat bedeckende, verdampfbare Haut durch eine konzentrierte Strahlung selektiv verdampft
wird, deren Intensität durch das Signal moduliert wird, und wobei die Prägung durch das Niederschlagen feines Metalles
erfolgtj welches dabei die Haut tiberdeckt, die
in ihrer gesamten Dicke verdampft worden ist. Dieses Verfahren ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet,
daß die verdampfbare Haut auf eine elektrisch isolierende
Fläche des Substrats derart aufgetragen wird, daß eine elektrisch leitende Maske gebildet wird, die während des
elektrolytischen Niederschiagens des Metalls als Elektrode verwendet wird, und daß das elektrolytische Niederschlagen
solange fortgesetzt wird, bis die in der Maske durch die Strahlungseinwirkung gebildeten Löcher vollständig
kaschiert sind.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen
der Erfindung. In den Zeichnungen zeigen:
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Pig. 1 den Vorgang des selektiven Verdampf ens gemäß der Erfindung,
die Fig.
2 bis 5 Schritte des Verfahrens nach der Erfindung,
die das Herstellen einer Matrize ermöglichen, mittels welcher erhabene Beugungselemente
reproduziert werden können, und
Fig. 6 eine zusätzliche Phase des in den Fig. 2 bis 5 dargestellten Verfahrens, welche das Herstellen
einer Matrize ermöglicht, mittels welcher vertiefte Beugungselemente reproduziert
werden können.
In Fig. 1 ist als ein Beispiel, welches nicht als Einschränkung
zu verstehen ist, eine Aufzeichnungsvorrichtung dargestellt, die für die Durchführung des Verfahrens
nach der Erfindung bestimmt ist. In diesem Beispiel ist die betreffende Prägung die einer zur Spirale gewundenen
Spur, und sie ist bestimmt, auf einer Platte mittels einer Matrize reproduziert zu werden, die ein
komplementäres Relief trägt, d.h. daß einer Vertiefung der Matrize eine Erhöhung der Platte entsprechen soll,
und umgekehrt.
Zum Herstellen der Matrize, die für die übertragung der
Prägung auf die Platte erforderlich ist, verfügt man am Anfang über ein rechteckförmiges elektrisches Signal 17,
welches die Information ausdrückt, die aufgezeichnet werden soll. Dieses Signal wird in dem Bereich 2 der Oberfläche
eines Substrats 1 in Fora einer Spur 3 aufgezeichnet, welche die Gestalt einer Spirale annimmt, deren
Steigung in Fig. 1 beträchtlich vergrößert dargestellt ist. Die Spur 3 hat eine im wesentlichen konstante Breite a.
Sie ist durch eine Aufeinanderfolge von beugenden Elementen 4 verstofflicht, deren ungleichmäßige Länge und ungleichmäßLger
Abstand die Umsetzung der Schwingungsform des elek-
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trischen Signals 17 darstellen. Zum Ausführen der Umsetzung wird auf einen festen Punkt des Bereiches 2
des Substrats 1 eine gebündelte Strahlung 10 projiziert, die in ihrer Intensität durch das Signal 17 moduliert
ist, und das Substrat wird mit konstanter Drehzahl um eine Achse 11 in Drehung versetzt, die zu seiner oberen
Fläche senkrecht ist. Die Drehung des Substrats in der durch den Pfeil 16 angegebenen Richtung wird durch einen
Antriebsmotor 12 hervorgerufen, dessen Stator sich in der Richtung 15 radial verschieben kann. Ein Lauftisch
14 und ein Schlitten 12 dienen als Tragvorrichtung für den Motor 12, und der Rotor desselben dient zum Abstützen
des Substrats. Da der Auftreffpunkt der Schreibstrahlung
10 fest ist, ist zu erkennen, daß die Kombination der Drehbewegung 16 und der Verschiebebewegunc,
15 des Substrats 1 das Beschreiben der Spur 3 ermöglicht, die, daran sei erinnert, eine sehr große Anzahl
von Spiralwindungen in dem Schreibbereich 2 trägt. Die Schreibstrahlung 10 wird von einer Strahlungsquelle
ausgesandt, die beispielsweise aus einem Laser besteht, der ein kohärentes Bündel 6 aussendet.. Das Bündel 6
durchquert einen elektrisch gesteuerten Intensitätsmodulator 7, dessen Steuereingang 18 das aufzuzeichnende
Signal 17 empfängt. Das modulierte Bündel 8, welches aus dem Modulator 7 austritt, wird von einem Projektionsobjektiv
9 empfangen, welches die Fokussierung der aus der Quelle 5 stammenden Energie auf den Bereich 2 des
Substrats 1 sicherstellt. Im Verlauf der Aufzeichnung verschiebt sich der durch das konzentrierte Bündel 10
projizierte Schreibpunkt in der radialen Richtung 19, und unter Berücksichtigung der Drehung des Substrats 1
werden in zeitlicher Übereinstimmung mit'den Rechteckimpulsen
der Kurvenform 17 Vertiefungen 4 durch Verdampfung gebildet.
In Fig. 2 ist das Substrat 1 vor dem Beginn des Schreibvorganges
dargestellt. Es ist auf seiner oberen Fläche mit einer dünnen Haut 20 aus einen Katerial übersogen, *
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das durch die Einwirkung von durch das Schreibbündel lokal hervorgerufener Erwärmung verflüchtigt werden kann.
Gemäß der Erfindung wird die verdampf bare oder verflüchtigbare Haut 20 auf eine elektrisch isolierende
Fläche aufgetragen. Unter diesen Bedingungen kann das Substrat 1 entweder aus einem Isoliermaterial, wie etwa
Glas, oder aus einem beliebigen Material bestehen, das mit einer dünnen isolierenden Haut überzogen ist. Die
Dicke e der Haut 20 muß kleiner sein als die Breite a der Beugungselemente, die graviert werden sollen; sie
liegt im allgemeinen zwischen 25O A* und 1OOO S, wenn
die Breite a in der Größenordnung von Mikron liegt. Das verdampfbare Material, welches die Haut 20 bildet,
kann ein Metall mit niedriger Verdampfungstemperatur sein, welches in der Lage ist, sich unter der Einwirkung
von durch die Schreibstrahlung IO zugeführter Wärme zu sublimieren. Zu diesem Zweck kann man durch Auf dampf ung
aufgebrachtes Wismut verwenden; es ist aber ebenfalls möglich, seine Legierungen und auch andere Metalle zu
verwenden, wie etwa Aluminimum oder Mangan.
Es ist unerläßlich, daß die der Schreibstrahlung 10 ausgesetzte Fläche, der Haut 20 elektrisch leitend ist,
was man bei Verwendung einer metallischen Haut automatisch erreicht.
Außerdem kann man sich zur Herstellung der Haut 20 eines nicht-metallischen verdampfbaren Materials bedienen. Beispielsweise kann man ein Kopolymer verwenden,
welches unter der Einwirkung der von der Schreibstrahlung 10 gelieferten Erwärmung in seine Monomeren zerlegbar ist.
Als nicht als Einschränkung zu verstehendes Beispiel kann die Haut 2O aus einer dünnen Schicht aus PolymethaorylßäuremethyleBter (P.M.M.) bestehen, auf deren Außenfläche ein sehr dünner Goldüberzug aufgedampft ist,
damit sie leitend ist. Zum Verstärken der Absorption der Schreibstrahlung 10 durch die Haut 2O 1st es zweckmäßig, dem verwendeten Kopolymer einen Farbstoff auzu-
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setzen, wie etwa Eosin.
Als ein nicht als Einschränkung zu verstehendes Beispiel wird angegeben/ daß man bei Verwendung eines Argonlasers
zum Bilden der Löcher mit einer Weite von einem Mikron in der Haut 20 experimentell feststellt, daß
bei einer Dicke e von 500 α Wismut eine Belichtungsdauer
von einer Mikrosekunde erforderlich ist, damit die Verdampfung mit einer Leistung von 5 mW erreicht
wird, wenn das Schreibbündel 10 durch ein Mikroskopobjektiv mit einer Vergrößerung 16 und einer numerischen
Apertur 0,30 fokussiert wird. Die Einstellungstoleranz ist so groß., daß Änderungen der Entfernung zwischen dem
Substrat und dem Objektiv, die bis zu -20 Mikron gehen, unter Einhaltung der Kennwerte der Gravur möglich sind.
Mit einem Projektionsobjektiv stärkster Vergrößerung und größter numerischer Apertur kann man zwar die
Schreibstrahlungsleistung reduzieren, die Einstellungstoleranz wird jedoch enger.
In Fig. 3 ist die Phase der Verflüchtigung der Haut 20 dargestellt. Unter dem Einfluß der-in der Haut 20
freigesetzten Wärme verdampft das Schreibbündel 10 vollständig die' Teile 21 dieser Haut, wobei Löcher mit
einer Weite a übrigbleiben, die die elektrisch isolierende Oberfläche des Substrats 1 freilegen. Der Teil der Haut
20, der nach dem Schreibvorgang übrigbleibt, behält an der Oberfläche seine Leitungseigenschaft und es ist
möglich, diese durchlöcherte Elektrode als Kathode für das elektrolytische Niederschlagen eines Metallauftrages
22 zu verwenden.
Gemäß der Darstellung in Fig. 4 kann eich der elektrolytische
Niederschlag nicht auf den freiliegenden Flächen des Substrats 1 ausbilden, da sie isolierend sind. Der
elektrolytische Niederschlag nimmt auf den leitenden Teilen der Haut 20 seinen Ausgang und ist bestrebt, die
Löcher 21 fortschreitend zu überlagern, bis er mit zu-
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nehmender Dicke Hohlräume schließt, die sich über den nicht leitenden Teilen 21 des Substrats 1 befinden.
Die Höhe b der Brücken, die sich über den Löchern 21 bilden, liegt in derselben Größenordnung wie die Weite a
derselben.
Gemäß der Darstellung von Fig. 5 braucht nur noch das Substrat 1 von der Anordnung 20, 22 abgelöst zu werden,
um eine Matrize zu erhalten, deren Vertiefungen 23 in der Lage sind, auf einem Informationsträger erhöhte
Beugungselernente zu reproduzieren.
Wenn auf einem Informationsträger vertiefte Beugungselemente reproduziert werden sollen, kann die Matrize
20, 22, 23 von Fig. 5 ihrerseits als Kathode dienen, damit ein elektrolytischer M«tallniederschlag 24 erzielt
wird, der gemäß der Darstellung in Fig. 6 ein komplementäres Relief besitzt.
Durch Ablösen des Auftrags 24 von den Elementen 20 und 22, die als Kathode gedient haben, erhält man eine Matrize,
die für das Pressen von vertieften Beugungselementen verwendbar ist. Die in den Fig. 4 bis 6 ausgeführten
elektrolytischen Niederschläge können beispielsweise, worunter keine Einschränkung zu verstehen ist,
aus Nickel bestehen. Die Dicke dieser Aufträge muß ausreichend groß sein, damit die Löcher der verdampfbaren
leitenden Maske vollständig gefüllt werden. Offenbar kann man den Niederschlag über diese Füllung hinaus
fortsetzen, damit eine gute Steifigkeit der Matrize erreicht wird.
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Claims (1)
- Patentansprüche:Λ J Verfahren zum Herstellen einer Matrize, mittels weicherauf einem Informationsträger die Prägung einer Spur reproduziert werden kann, die eine vorbestimmte Breite hat und aus Beugungselementen besteht, welche durch ihre ungleichmäßige Länge und ihren ungleichmäßigen Abstand längs der Spurachse die Umsetzung eines rechteckförmigen elektrischen Signals sicherstellen, wobei die Spur dadurch gebildet wird, daß eine ein Substrat bedeckende, verdampfbare Haut durch eine konzentrierte Strahlung selektiv verdampft wird, deren Intensität durch das Signal moduliert wird, und wobei die Prägung durch das Niederschlagen eines Metalles erfolgt, welches dabei die Haut überdeckt, die in ihrer gesamten Dicke verdampft worden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die verdampfbare Haut auf eine elektrisch isolierende Fläche de,? Substrats aufgetragen wird, so daß eine elektrisch leitende Maske gebildet wird, die während des elektrolytischen Niederschlagens des Metalles als Elek-.trode verwendet wird, nnä daß das elaktrolytische Nieder- ■ schlagen solange fortgesstst i-jjxd? Isis die in der Maske durch die StrafolwsafSQlsitcrisfcung gebildeten Löcher vollständig kasehlsrt siad.2ο Verfahren naeh Anspruch 1S dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung, die aus clem" elektrolytischen Niederschlag und den nicht verdampften Teilen der Haut besteht; von dem Substrat abgenommen wire und daß die Matrize von dieser Anordnung gebildet wird.3. Verfahren nach Anspruch ü, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung, die den elektrolytischen Niederschlag und die nicht verdampften Teile der Haut enthält, von dem Substrat abgenommen wird und das auf der Anordnung ein zweiter elektrolytischer Niederschlag ausgeführt wird, damit die Matrize nach dem Trennen der elektrolytisches Niederschläge erhalten wirίο4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat aus einem elektrisch isolierenden Material geformt wird.5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche des Substrats, die mit der Haut in Berührung ist, elektrisch isolierend ist.6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Haut metallisch ist.7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Haut von einem Wismutniederschlag gebildet wird.8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Haut eine Kopolymerschicht, die durch Wärmeeinwirkung zersetzbar ist, und einen metallischen Niederschlag aufweist, der auf die der Strahlung ausgesetzte Fläche der Schicht aufgebracht ist.9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Kopolymer Polynethaorylsäuremethyleater ist, der einen die Strahlung absorbierenden Farbstoff enthält, und daß der Metallniederschlag von einer aufgedampften dünnen Goldschicht gebildet wird.10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrolytische Niederschlag ein Nickelniederschlag ist.409184/1108Leerseite
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