DE3337244A1

DE3337244A1 - Verfahren zur herstellung einer muttermatrize

Info

Publication number: DE3337244A1
Application number: DE19833337244
Authority: DE
Inventors: Antonius Wilhelmus Maria 5621 Eindhoven De Laat
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1982-10-14
Filing date: 1983-10-13
Publication date: 1984-04-19
Also published as: GB2128206A; NL8303315A; FR2534720B1; GB8327273D0; IT1235798B; SE8305588D0; US4474650A; DE3337244C2; IT8323252A0; SE452920B; FR2534720A1; SE8305588L; GB2128206B

Description

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"Verfahren zur Herstellung einer Muttermatrize."

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Muttermatrize, wobei eine Urplatte, d.h. eine flache Unterstützungsplatte, die einseitig mit einer Schicht eines positiven Photoresists versehen ist, worin eine Informationsspur angebracht ist, auf der Seite des Photoresists zunächst stromlos und daraufhin auf galvanischem Weg mit einer Metallschale versehen wird, die Metallschale von der Urplatte getrennt wird, wobei eine Vatermatrize erhalten wird, die eine Informationsspur enthält, die das Negativ der Spur der Urplatte ist, die auf der Oberfläche der Vatermatrize vorhandenen Reste des Photoresists gelöst werden und von der Vatermatrize auf galvanischem Weg ein Metallabdruck gemacht wird, wobei die erhaltene Muttermatrize eine Informationsspur enthält die der der Urplatte entspricht.

Ein derartiges Verfahren ist aus der niederländischen Patentanmaldung Nr. 7611395 der Anmelder in bekannt. Die auf der Vatermatrize vorhandenen Reste des Photoresists werden durch Behandlung mit einem organischen Lösungsmittel, insbesondere durch Behandlung mit einem Gemisch aus Isopropylalkohol und Methylisobutylketon gelöst.

Von der Urplatte lässt sich nur eine Vatermatrize herstellen. Mit Hilfe dieser Vatermatrize können durch Anwendung beispielsweise eines Press- oder Spritzgussverfahrens positive Abdrucke in Kunststoff hergestellt werden. Ein positiver Abdruck ist ein Abdruck, dessen Informationsspur der der Urplatte entspricht. Um die Anzahl Matrizen, mit denen Abdrucke in Kunststoff hergestellt werden, zu vergrössern werden auf galvanischem Weg von der Vatermatrize mehrere Metallabdrucke, die sogenannten Muttermatrizen, hergestellt. Von jeder Muttermatrize werden daraufhin ebenfalls auf galvanischem Weg, weitere Metallabdrucke, die sogenannten Sohnmatrizen, hergestellt. Die mit den Sohnmatrizen hergestellten Abdrucke in Kunststoff sind positive Abdrucke.

Das galvanische Verfahren zur Herstellung einer Muttermatrize oder Sohnmatrize ist ein bekanntes Verfahren. So wird beispielsweise eine Muttermatrize dadurch hergestellt, dass die Vatermatrize in ein Galvanisierbad getaucht wird, das mit einer wässrigen sauren Lösung eines. Metallsalzes, wie Nickelsulfamat versehen ist. Die Vatermatrize

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wird mit der Kathode des Galvanisierbades verbunden. Bei Stromdurchgang wird auf der Vatermatrize auf der Seite der Informationsspur, eine Mi-Schale niedergeschlagen. Nach Abtrennung der Ni-Schale ist die Muttermatrize erhalten, deren Informationsspur das Negativ der Spur der Vatermatrize ist. Um eine derartige Abtrennung gut durchführen zu können, wird eine Vatermatrize verwendet, deren Oberfläche durch Behandlung mit einem Oxydationsmittel passiviert ist.

Es hat sich herausgesteilt, dass sich mit der Vatermatrize, die entsprechend dem in der obengenannten niederländischen Patentanmeldung Nr. 7611395 beschriebenen Verfahren, ausgezeichnete Abdrucke in Kunststoff herstellen lässt. Probleme entstehen, wenn von der Vatermatrize mittels eines galvanischen Verfahrens Metallabdrucke, also Muttermatrizen hergestellt werden. Die Oberfläche der Muttermatrize weist eine schlechte Qualität auf und enthält Hohlräume die um viele Male grosser sind als die Breite und Tiefe der Informationsspur. Diese Spur kann eine herkömmliche Tonspur sein, wie bei Schallplatten. Vorzugsweise ist die Informationsspur eine optisch auslesbare Spur mit Ton- und/oder Bildinformation. Eine derart optisch auslesbare Spur hat eine äusserst feine Struktur abwechselnd auf einem höheren und niedrigeren Pegel liegender Informationsgebiete. Die Gebiete haben geringe Abmessungen beispielsweise 0,2 bis 3 ,um. Die Informationsspur ist spiralförmig oder aus konzentrischen Kreisen aufgebaut.

Anmelder in hat erkannt, dass die schlechte Qualität der Oberfläche der Muttermatrize dadurch verursacht wird, dass die Oberfläche der Vatermatrize auf der Seite der Informationsspur keine homogene elektrische Leitfähigkeit aufweist. Insbesondere wurde festgestellt, dass bei Stromdurchgang während des Galvanisierverfahrens manche Teile der Oberfläche der Vatermatrize eine geringere elektrische Leitfähigkeit hatten und in gewissem Masse elektrisch abgeschirmt waren.

Die Stromlinien von der Anode zu der Kathode werden an der Stelle der obengenannten Teile abgelenkt. Die inhomogene Leitfähigkeit über die Oberfläche der Vatermatrize ist, der Meinung der Anmelderin nach, die Folge der Tatsache, dass die Vatermatrize während der Herstellung mit dem Photoresistmaterial in Kontakt gewesen ist. Die nach Abtrennung der Urplatte auf der Vatermatrize zurückbleibenden Reste des Photoresistmaterials können niemals durch Behandlung mit Lösungsmitteln völlig entfernt werden. Die Behandlung müsste ausserdem viele Male wiederholt werden, was zu einem durchaus unwirtschaftlichen Verfahren führt. Infolge

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der Behandlung mit Lösungsmitteln entstehen ausserdem an der Oberfläche der Vatermatrize äusserst hartnäckige Trockenflecken, die durch Verdampfung des Lösungsmittels verursacht werden. Diese äusserst dünnen Reste des Resistmaterials sind auch die Ursache des örtlich schlechten elektrisch leitenden Charakters der Oberfläche der Vatermatrize. Photoresistmaterial ist, wie das Wort bereits besagt, Widerstandsmaterial .

Die Erfindung hat nun zur Aufgabe, ein Verfahren zu schaffen, das die genannten Nachteile nicht aufweist. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren der eingangs erwähnten Art, das dadurch gekennzeichnet ist, dass der Photoresist durch Belichtung in eine elektrisch leitende Form gebracht wird.

Durch Bestrahlung mit UV-Licht werden die Photoresistmoleküle abgebrochen. Kovalente Bindungen werden unterbrochen. Es entstehen inhomogene Gruppen. Der Photoresist erhält einen hydrophilen Charakter. Elektrolytlösungen können darin eindringen. Sogar relativ dicke Schichten aus Resistmaterial werden in einer alkalisch wässrigen Umgebung stromdurchlässig.

Der Photoresist kann im Grunde zu einem beliebigen Zeitpunkt in dem obengenannten Verfahren belichtet werden. So kann die Vatermatrize nach Behandlung mit organischen Lösungsmitteln belichtet werden, wobei das Resistmaterial in u.a. den Trockenflecken, in ein elektrisch leitendes Material umgewandelt wird. Es ist ebenfalls möglich, die Photoresistschicht der Urplatte zu belichten. In diesem Fall werden die auf der Oberfläche der Vatermatrize vorhandenen Reste des Photoresists in einer wässrigen Medium, insbesondere in einer wässrigen alkalischen Medium gelöst. Äusserst geeignet ist die Verwendung einer Entwickelflüssigkeit für den belichteten Photoresist wie eine wässrige Lösung von NaOH und Na₄P₃O₇. Die Trockenflecken wirken nicht störend, weil diese das durch Belichtung umgewandelte Photoresistmaterial enthalten, das dem elektrischen Strom im Galvanisierverfahren durchlässt·

Es sei bemerkt, dass es an sich aus beispielsweise Xerox Disclosure Journal, Heft 7, Nr. 4, 1982, Seiten 293-294 bekannt ist, Resistmaterial dadurch zu entfernen, dass ein zweiter Belichtungsschritt angewandt wird und das belichtete Material in einer Entwickelflüssigkeit gelöst wird. Es handelt sich dabei um eine in der Halbleiter technologie angewandte "Lift-Off"-Technik. Dabei ist nicht von einer galvanischen Technik und den dabei auftretenden Problemen der

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Stroitileitfähigkeit, wie obenstehend beschrieben, die Rede. Bei einer "Lift-Off"-Technik handelt es sich um das Lösen des Photoresists unter einer Metallschicht und die Zugänglichkeit des Resists für das Lösungsmittel.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch eine Urplatte mit einer galvanisch aufgewachsenen Metallschicht, angewandt in dem Verfahren nach der Erfindung,

Fig. 2 einen Schnitt durch eine Vatermatrize, worauf Photolackreste vorhanden sind,

Fig. 3 einen Schnitt durch eine Vatermatrize mit einer galvanisch angebrachten Metallschicht, welche letztere eine Muttermatrize bildet.

Äusführungsbeispiel

In Fig. 1 ist mit dem Bezugszeichen 1 eine 5 mm dicke Glasplatte bezeichnet mit einem Durchmesser von 240 nm. Die Glasplatte ist einseitig mit einer Photoresistschicht 2 mit einer Schichtdicke von 0,12 ,um versehen. Der verwendete positive Photoresist ist ein Derivat von Naphoquinonediazide, erhältlich unter dem Handelsnamen Hunt Waycoat Type HPR204. In der Resistschicht ist durch mustermässige Belichtung und Entwicklung eine spiralförmige Informationsspur 3 vorgesehen, die ein zinnenförmiges Profil abwechselnd auf höherem Pegel liegender Informationsgebiete 4 und auf niedrigerem Pegel liegender Informationsgebiete 5 hat. Die Längenabmessungen der Gebiete schwanken zwischen 0,2 und 3-um, abhängig von der gespeicherten Information. Der Höhenunterschied zwischen den Informationsgebieten beträgt etwa 0,1 ,um. Die Gebiete sind optisch auslesbar. Auf der mit der Informationsspur 3 versehenen Resistschicht 2 wird stromlos eine !Metallschicht 6 angebracht,, Eine geeignete Metallschicht ist eine Ag- oder Ni-Schicht. Beispiele eines stromlosen Verfahrens sind ein Aufdampfverfahren, ein Zerstäubungsverfahren oder ein stromloses chemisches Verfahren. Nach dem letztgenannten Verfahren wird die Photoresistschicht mit einer wässrigen Lösung eines Salzes des gewünschten Metalls behandelt und daraufhin oder gleichzeitig mit einer wässrigen Lösung eines Reduktionsmittels, wobei das Metallion zu einem Metaatom verringert und eine Metallschicht gebildet wird. Wenn beispielsweise die Photoresistschicht mit einer Ni-Schicht versehen werden muss, wird

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die Oberfläche der Resistschicht mit einer wässrigen neutralen oder schwach sauren Lösung von NiSO. und daraufhin oder gleichzeitig mit einer wässrigen Lösung von Hypophosphit oder Borhydrid behandelt. Derartige Metallisierungsverfahren sind seit vielen Jahren durchaus

g bekannt. Verwiesen wird nach beispielsweise "The Technology of Aerosol Plating" von Donald J. Levy in Technical Proceedings 51 st Annual Convention American Electroplated' Society, St. Lous, 1964₇ Seiten 139-149.

Die in Fig. 1 dargestellte Schicht 6 ist eine aufgedampfte Ag-Schicht mit einer Dicke von 0,12 ,um. Auf der Silberschicht 6 wird auf galvanischem Weg eine Nickelschicht 7 mit einer Dicke von 400,Um aufgewachsen. Die Nickelschicht 7 und die damit verbundene Silberschicht 6 werden mit der Photoresistschicht 2 von der Glasplatte 1 entfernt. Reste 9 (Fig. 2) der Photoresistschicht 2 bleiben auf der Vatermatrize 6,7 zurück. Die in der Vatermatrize 6,7 vorhandene Infonnationsspur 8 ist eine Kopie der Informationsspur 3 (Fig. 1).

Die Reste 9 werden dadurch gelöst, dass die Vatermatrize 6, mit einem Gemisch aus Isopropylalkohol und Methylisobutylketon behandelt werden. Die Oberfläche der Vatermatrize wird daraufhin während 4 Minuten mit einer 500 Watt Super high pressure Hg-Lampe bestrahlt. Von der Vatermatrize wird ein Metallahdruck (Muttermatrize) dadurch hergestellt, dass zunächst die Silberschicht 6 entfernt wird. Dazu wird die Silberschicht in einer wässrigen alkalischen Lösung von H„0₂ gelöst. Die frei gewordene Oberfläche der Nickelschicht 7 wird durch Behandlung mit einer wässrigen Lösung von K~Cr_o0_ passiviert und daraufhin wird auf der Seite der Informationsspur 8 die Nickelschicht 7 mit einer galvanisch angebrachten Ni-Schicht 10 versehen, (Fig. 3). Nach Abtrennung der Ni-Schicht 10, die eine Infonnationsspur 11 enthält, die eine Kopie der Informationsspur 8 ist, wird die Muttermatrize erhalten. Von dieser Muttermatrize können auf dieselbe Art und Weise wie obenstehend erwähnt, Sohnmatrizen auf galvanischem Weg hergestellt werden. Mit Hilfe der Sohnmatrize werden Kunststoffinformationsträger hergestellt, beispielsweise durch Anwendung eines Zerstäubungsverfahrens. Die Muttermatrize sowie die Sohnmatrize und die Kunststoffinformationsträger weisen eine ausgezeichnete Oberflächequalität auf.

Dieselben guten Resultate werden erzielt, wenn das Photoresistmaterial in einem früheren Stadium des Verfahrens belichtet wird.

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In einer geeigneten Ausführungsform wird das Photoresistmarerial der Urplatte, nachdem die Informationsspur angebracht ist, mit von einer 500 W super high pressure Hg-Lampe herrührendem UV-Licht xvährend 4 Minuten bestrahlt. Auf der belichteten Photoresistschicht wird eine Silberschicht mit einer Dicke von 0,12 .um aufgedampft. Auf der Silberschicht wird auf galvanischem Weg eine Nickelschicht mit einer Dicke von 400 ,um angebracht. Die erhaltene Metallschale wird von der Urplatte getrennt. Auf der auf diese Weise hergestellte Vatermatrize sind Reste belichteten Photoresists vorhanden. Die Reste werden durch Behandlung mit einer Lösung von 10 g NaOH und 50,5 g Na₄P₂O₇-IOH₂O in 2 Liter Wasser gelöst. Danach wird mit Wasser gespült. Von der Vatermatrize wird auf galvanischem Weg, wie obenstehend beschrieben, ein Metallabdruck hergestellt. Die erhaltene Muttermatrize hat eine ausgezeichnete Oberflächenqualität.

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Claims

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Patentanserüche:

MJ Verfahren zum Herstellen einer Muttermatrize, wobei eine Urplatte, d.h. eine flache Unterstützungsplatte, die einseitig mit einer Schicht eines positiven Photoresists versehen ist, worin eine Informationsspur angebracht ist, auf der Seite des Photoresists zunächst stromlos und daraufhin auf galvanischem Weg mit einer Metallschale verseilen wird, die Metallschale von der Urplatte getrennt wird, wobei eine Vatermatrize erhalten wird, die eine Informationsspur enthält, die das Negativ der Spur der Urplatte ist, die auf der Oberfläche der Vaterplatte vorhandenen Feste des Photoresists gelöst werden und von der Vatermatrize auf galvanischem Weg ein Metallabdruck erhalten wird, wobei die erhaltene Muttermatrize eine Informationsspur enthält, die der der Urplatte entspricht, dadurch gekennzeichnet, dass der Photoresist durch Belichtung in eine elektrisch leitende Form gebracht wird.

2„ Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach Belichtung der Photoresist mit einer wässrigen alkalischen Lösung behandelt wird.