DE2431252A1

DE2431252A1 - Verfahren zum herstellen einer matrize

Info

Publication number: DE2431252A1
Application number: DE2431252A
Authority: DE
Inventors: Eugene Duda; Michel Marchal; Jean Edgar Picquendar
Original assignee: Thomson-Brandt SA
Current assignee: Thomson-Brandt SA
Priority date: 1973-06-29
Filing date: 1974-06-28
Publication date: 1975-01-23
Also published as: IT1015451B; FR2235449A1; CA1028060A; US3875024A; JPS5039101A

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-

• 109884/1108

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.

409884/1108

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:

409884/1108

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-

409884/1108

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, *

409884/1108

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-

409884/1108

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-

409884/1108

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.

409884/1108

Claims

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 1_S 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 wirίο

4. 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.

409184/1108

Leerseite