NL8802211A

NL8802211A - Werkwijze voor de vervaardiging van een metalen matrijs.

Info

Publication number: NL8802211A
Application number: NL8802211A
Authority: NL
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1988-09-08
Filing date: 1988-09-08
Publication date: 1990-04-02
Also published as: EP0358276A1; US4931147A; JPH0320472A

Description

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor de vervaardiging van een Betalen matrijs welke aan ten minste één zijde een informatiespoor bevat, waarbij een masterplaat voorzien van een fotoresistlaag waarin een informatiespoor is aangebracht aan de zijde van de fotoresistlaag in een stroomloos nikkelbad wordt voorzien van een nikkellaag waarop langs galvanische weg een metaallaag wordt aangebracht en de verkregen metaalschil waarin het informatiespoor van de fotoresistlaag is gecopiêerd wordt gescheiden van de masterplaat.

De metaalschil bevat de langs galvanische weg aangebrachte metaallaag en de hiermee verbonden stroomloos aangebrachte nikkellaag en vertoont de negatieve afdruk van het informatiespoor van de masterplaat. Deze eerste negatieve afdruk in metaal wordt vadermatrijs genoemd en kan als matrijs dienen voor de produktie van kunststof informatieschijven. Veelal worden van de vadermatrijs langs galvanische weg verdere metalen matrijzen afgeleid.

De kunststof informatieschijven die met behulp van de metalen matrijzen vervaardigd worden zijn kunststof schijven met een optisch uitleesbaar informatiespoor dat video en/of audio informatie bevat. Aan de zijde van het informatiespoor is de schijf bedekt met een reflectielaag zoals een laagje Ag of Al. Deze kunststof schijven zijn bekend onder namen als Laser vision en Compact Disc. Het informatiespoor van dergelijke matrijzen en kunststof schijven heeft een kanteelvormig profiel van op hoger en lager niveau gelegen informatiegebiedjes. De gebiedjes worden met laserlicht in reflectie uitgelezen. Het hoogteverschil tussen de gebiedjes bedraagt 0,05 -0,2 pm en de lengteafmetingen variëren tussen 0,3 en 3 pm. Een ander type plaat is een data-opslag plaat. In deze plaat worden door bestraling met gepulseerd laserlicht informatiebits gevormd. Deze platen bevatten een registratielaag van bijvoorbeeld een kleurstof, een laag metaal zoals Bi of een Te-Se legering. De registratieplaten zijn voorzien van een servospoor dat optisch uitleesbare informatie kan bevatten.

De masterplaat bestaat uit een vlak gepolijste glasplaat die aan één zijde is voorzien van een laag van een meeestal positief werkende fotoresist. Een geschikte fotoresist is bijvoorbeeld een resist op basis van novolak en orthonaftochinondiazide. De i fotoresistlaag wordt wet bijvoorbeeld gemoduleerd laserlicht patroonmatig belicht, waardoor de belichte delen oplosbaar worden in een basische oplossing van bijvoorbeeld NaOH in water. Teneinde de hechting tussen de glasplaat en de fotoresist te verbeteren, wordt op de glasplaat een hechtlaag aangebracht alvorens de fotoresistlaag wordt 1 opgebracht. Een geschikte hechtlaag is bijvoorbeeld titaanacetylacetonaat.

De kunststof informatieschijven worden met behulp van de metalen matrijzen vervaardigd door middel van spuitgieten, persen of UV-polymerisatie. Gebruikelijke kunststoffen hierbij zijn polymethylmethacrylaat, polycarbonaat en UV-polymeriseerbare (meth)acrylaat monomeermengsels.

Een werkwijze van de in de aanhef genoemde soort is genoemd in het Amerikaanse octrooischrift OS 4,650,735. Daarin wordt het gebruik van een stroomloos nikkelbad genoemd voor het aanbrengen van een geleidende laag op de fotoresistlaag. Als andere mogelijkheid voor een geleidende laag wordt het opdampen of stroomloos aanbrengen van Ag genoemd. Een dergelijke geleidende metaallaag is nodig voor het galvanisch daarop aanbrengen van een dikke metaalschil. Deze metaalschil is meestal van nikkel en wordt galvanisch aangebracht vanuit een nikkelbad.

Een bezwaar van Ag als geleidende laag is dat dit metaal zacht is en daardoor gemakkelijk zou kunnen beschadigen en bovendien snel wordt aangetast in SO2 of H2S bevattende omgevingslucht.

Stroomloos !ïi als geleidende laag heeft het voordeel dat het harder en slijtvaster is dan Ag en zelfs harder is dan galvanisch Ni. De hardheid en slijtvastheid van stroomloos Ni wordt veroorzaakt door de aanwezigheid van B of P in het afgescheiden Ni, afkomstig van het gebruikte reductiemiddel van het stroomloos Ni-bad, namelijk respectievelijk dimethylaminoboraan en natriunhypofosfiet. Het stroomloos afgescheiden Ni is zeer geschikt voor het daarop aangroeien van een Ni-laag langs galvanische weg. Het genoemde Amerikaanse octrooischrift US 4,650,735 vermeldt niet hoe stroomloos Ni voldoende hechtend op de masterplaat kan worden aangebracht. Het te vernikkelen oppervlak van de nasterplaat bestaat uit verschillende materialen, namelijk fotoresist en glas. Het glas bevindt zich op die plaatsen welke door het laserlicht zijn bestraald en door de basische ontwikkelaar zijn opgelost, met andere woorden op de bodem van het informatiespoor. Ook restanten van het hechtmiddel, zoals titaanacetylacetonaat, kunnen aanwezig zijn.

Om een dergelijk gevarieerd oppervlak stroomloos te kunnen vernikkelen met een voldoende hechtende Ni-laag dienen de te vernikkelen oppervlakken voldoende hydroxylgroepen te bevatten. Deze hydroxylgroepen zijn nodig voor de adsorptie van Sn^-ionen afkomstig Λ i van de gebuikelijke sensibiliseringsoplossing. Deze geadsorbeerde Sn -ionen worden vervolgens uitgewisseld met Pd -ionen afkomstig van de gebruikelijk bekiemingsoplossing, waarbij geadsorbeerde Pd-metaalkiemen en Sn4+-ionen ontstaan. Op oppervlakken voorzien van geadsorbeerde Pd-kiemen wordt in een stroomloos Ni-bad nikkel afgescheiden, waarbij de aanwezige Ni^+-ionen worden gereduceerd tot Ni-metaal en het aanwezige reductiemiddel wordt geoxideerd. In plaats van deze tin- en palladiumionen bevattende oplossingen kunnen ook colloldale tin-palladium oplossingen worden toegepast zoals bijvoorbeeld Cataposit PM-958 van Shipley. Een gebruikelijke methode voor het aanbrengen van hydroxylgroepen is bijvoorbeeld een voorbehandeling met chroomzuur-zwavelzuur. Deze methode is voor het onderhavige oppervlak te agressief, waardoor de fijnheid van het informatiespoor verloren gaat. Andere bekende voorbehandelingsmethoden voor glas en kunststoffen zijn corona-en UV-ozon behandelingen. Bij deze behandelingen wordt het oppervlak aan kortgolvig UV-licht van circa 200 nm blootgesteld. Dit kortgolvige UV-licht veroorzaakt echter een verdere polymerisatie van de fotoresistlaag, waardoor de fotoresistlaag ohoplosbaar wordt en restanten van de fotoresistlaag die bij de scheiding van de vadermatrijs van de masterplaat op de eerste achterblijven niet meer te verwijderen zijn.

De uitvinding beoogt ondermeer een werkwijze van de in de aanhef vermelde soort te verschaffen welke bovengenoemde bezwaren opheft.

Aan deze opgave wordt volgens de uitvinding voldaan door een werkwijze zoals in de aanhef is beschreven, welke is gekenmerkt doordat alvorens de stroomloze nikkellaag wordt aangebracht de te vernikkelen oppervlakken achtereenvolgens worden behandeld met een detergent en een oplossing van aninosilaan. Detergenten blijken voldoende hydroxylgroepen op de fotoresistlaag en het glasoppervlak te veroorzaken, waarbij de fijnheid van het informatiespoor behouden blijft. Een geschikt aninosilaan is bijvoorbeeld H-beta aminoethylaminopropyltrimethoxysilaan, welke bekend is onder de naam Silaan A1120 van Union Carbide Corp. Ook andere aminosilanen kunnen worden gebruikt.

Een uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding is daardoor gekenmerkt dat als detergent natriunlaurylsulfaat wordt toegepast.

Een voorkeursuitvoeringsvorn van de werkwijze volgens de uitvinding is daardoor gekenmerkt dat het stroomloos nikkelbad natriumbenzeendisulfonaat bevat. Galvanisch of stroomloos>afgescheiden metaallagen vertonen in het algemeen trekspanningen. Door deze trekspanningen kan de metaallaag van de ondergrond loslaten en/of ontstaat een ongewenste craquelé-structuur in de metaallaag. Het is duidelijk dat dit funest is voor de vervaardiging van de metalen matrijzen met een zeer fijn informatiepatroon. Verrassenderwijs is gevonden dat toevoeging van circa 1 g/1 natriumbenzeendisulfonaat aan het stroomloos nikkelbad de inwendige spanningen in de afgescheiden nikkellaag sterk doet verminderen, waardoor onthechtings- en craqueléverschijnselen niet meer optreden. Het natriumbenzeendisulfonaat heeft geen nadelige invloed op het stroomloos vernikkelproces, zoals verminderde afzetsnelheid of verminderde hardheid en slijtvastheid van het afgescheiden nikkel.

Een uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding is daardoor gekenmerkt dat na de behandeling met aminosilaan de te vernikkelen oppervlakken worden behandeld net tannine. Tannine, ook wel bekend als looizuur is een pentagalloylglucose verbinding. De stof wordt toegepast in de vorm van een waterige oplossing. De stof mag desgewenst met water mengbare organische oplosmiddelen bevatten, zoals een alcohol. De concentratie van tannine kan tussen ruime grenzen worden gekozen en bedraagt bijvoorbeeld van 0,01 tot 10 gram per liter. Een dergelijke behandeling met tannine maakt de genoemde voorbehandeling met aminosilaan niet overbodig, doch heeft wel een gunstig effect op de hechting van de nikkellaag.

De voorbehandelingsoplossingen ten behoeve van het stroomloos nikkelproces kunnen op het oppervlak van de masterplaat worden gesproeid, verneveld, gegoten enz. Ook dompelen van de masterplaat in de diverse oplossingen is mogelijk. Deze methoden zijn ook bruikbaar ten behoeve van het stroomloos nikkelproces.

De uitvinding wordt toegelicht aan de hand van het navolgende uitvoeringsvooxbeeld en aan de hand van de bijgaande figuren, waarin

Figuur 1 schematisch een dwarsdoorsnede weergeeft van een masterplaat

Figuur 2 schematisch een dwarsdoorsnede weergeeft van een masterplaat met een stroomloos aangebrachte nikkellaag

Figuur 3 schematisch een dwarsdoorsnede weergeeft van een masterplaat met een stroomloos aangebrachte nikkellaag en. een galvanisch opgegroeide metaallaag.

Figuur 4 schematisch een dwarsdoorsnede weergeeft van een vadermatrijs.

Mifcypeiinqgymbeelfl;

In Figuur 1 is met verwijzingscijfer 1 een 5 mm dikke glasplaat weergegeven met een diameter van 240 mm. De glasplaat wordt aan één zijde voorzien van een hechtlaag van titaanacetylacetonaat (niet afgebeeld). Deze hechtlaag wordt aangebracht door middel van sproeien van een 0,5 % oplossing van een titaanacetylacetonaat-isopropanol mengsel in methylbutylketon, waarna het oplosmiddel wordt verdampt. Vervolgens wordt op de hechtlaag een fotoresistlaag 2 aangebracht welke na droging een laagdikte heeft van 0,12 ym. De toegepaste positieve fotoresist is novolak met orthonaftochinondiazide als lichtgevoelige stof. De resistlaag wordt belicht met gepulseerd laserlicht (golflengte 458 nm) dat overeenkomstig de in te schrijven informatie is gemoduleerd. De aldus patroonmatig belichte resistlaag wordt ontwikkeld met een oplossing van 10 gram NaOH en 50,5 g Na4p207'10H2° *n 4»5 liter water. Als gevolg hiervan worden de belichte delen van de fotoresistlaag opgelost en ontstaat een spiraalvormig informatiespoor 3 dat een kanteelvormig profiel heeft van op afwisselend op hoger niveau gelegen informatiegebiedjes 4 en op lager niveau gelegen informatiegebiedjes 5. De lengteafmetingen van de gebiedjes variëren van omstreeks 0,3 tot 3 μη al naar gelang de opgeslagen informatie. Het hoogteverschil tussen de informatiegebiedjes bedraagt omstreeks 0,1 pa. De masterplaat wordt vervolgens gedompeld in een oplossing van 0.1 gram natriualaurylsulfaat per liter water i gedurende 5 minuten. Vervolgens wordt 1 minuut gespoeld met gedeloniseerd water. Voor de hierna volgende behandelingen worden de onderstaande oplossingen bereid:

Aminosilaan oplossing: 4 al silaan A1120 (produkt van

Union Caride Corp.) wordt opgelost in 400 ml gedeloniseerd water, i Tannine oplossina: 1,2 gram tannine wordt opgelost in 400 ml gedeloniseerd water.

Sn T oplossing: 5 μΐ van een RNA-oplossmg (produkt van London Laboraties Ltd.} wordt opgelost in 400 ml gedeloniseerd water.

Ag* oplossing; 0,8 ml van een MS-IL-oplossing (produkt van bondon Laboraties ltd.) wordt opgelost in 400 ml gedelioniseerd water.

Pd2* oplossing; 100 mg PdCl2 wordt opgelost in 3,5 ml geconcentreerd zoutzuur. De oplossing wordt met gedeloniseerd water aangevuld tot 1 liter.

De masterplaat wordt in onderstaande volgorde aan de fotoresistzijde door middel van opgieten voorzien van bovengenoemde voorbehandelingsoplossingen, waarbij na iedere voorbehandelingsstap gedurende 1 minuut wordt gespoeld met gedeloniseerd water.

Aminosilaan oplossing 3 minuten

Tannine oplossing 1 minuut

Sn2* oplossing 1,5 minuten

Ag* oplossing 1 minuut

Pd2* oplossing 1,25 minuten.

De op deze manier voorbehandelde masterplaat wordt vervolgens vernikkeld in een stroomloos nikkelbad. Daartoe worden de volgende oplossingen bereid:

Stockoplossinq A: HiS04.6H20 50 gram

Na^Oy.lO^O 100 gram gedeloniseerd water 950 ml.

De verkregen oplossing wordt met behulp van geconcentreerde ammonia op een pH van 9,4 gebracht. Vervolgens wordt aangevuld met gedeloniseerd water tot 1 liter.

Stockoplossina B: dimethylaminoboraan 3 gram gedeloniseerd water 1 liter

Gelijke volumina van stockoplossing λ en B worden bij elkaar gevoegd. De gevormde oplossing wordt met een waterige H2SO4-oplossing (50 gew.\ H2SO4) op een pH van 9,2 gebracht. In deze oplossing wordt vervolgens 1,110 gram natriumbenzeendisulfonaat opgelost. De temperatuur van de oplossing wordt op 45°C gebracht. Op de fotoresistzijde van de voorbehandelde masterplaat wordt 400 ml van laatstgenoemde oplossing gegoten. Na circa 30 minuten is een 100 nm dik Ni-laagje 6 (zie fig. 2) afgezet op de fotoresistlaag 2 en op het glasoppervlak 5. Het Ni-laagje bevat enige gewichtsprocenten B afkomstig van het reductiemiddel dimethylaminoboraan.

Op Ni-laagje 6 wordt langs galvanische weg een nikkellaag 7 (zie fig. 3) gegroeid met een dikte van 300 pm. Het stroomloos Ni-laagje wordt hierbij als kathode geschakeld in een bad met bijvoorbeeld de volgende samenstelling:

Nikkelsulfamaat 450 g/1

NiCl2. 2H20 5 g/1

Boorzuur 45 g/1.

De temperatuur van het bad bedraagt 45°C en de pH heeft een waarde van 4,0. De Ni-laag wordt afgescheiden met een stroomdichtheid van circa 15 A/dm2.

De metaalschil bestaande uit de Ni-laag 7 en de ermee verbonden stroomloze Ni-laag 6 wordt losgetrokken van de fotoresistlaag 2 (zie fig. 4). Het in de metaalschil aanwezige informatiespoor 8 is een negatieve kopie van informatiespoor 1 (fig. 1). Deze negatieve afdruk wordt vadermatrijs genoemd. Eventuele restanten van de fotoresistlaag welke op de vadermatrijs achterblijven kunnen met de reeds genoemde ontwikkeloplossing worden verwijderd, indien de fotoresistlaag na ontwikkeling van de patroonmatig belichte delen volledig wordt belicht met bijvoorbeeld een 500 W super high pressure Hg-lamp gedurende 4 minuten. Veelal wordt van de vadermatrijs een metaalafdruk (moedermatrijs) vervaardigd door het oppervlak van de nikkellaag 6 te passiveren door behandeling met een waterige oplossing van en daarna aan de zijde van informatiespoor 8 langs galvanische weg een Ni-laag aan te groeien. Na scheiding van deze laatste Ni-laag van Ni- laag 6,7 wordt de aoederaatrijs verkregen. Van deze aoederaatrijs kunnen op dezelfde wijze als hierboven is veraeld, zoonaatrijzen langs galvanische weg worden vervaardigd. Net behulp van de zoonaatrijs worden kunststof inforaatiedragers vervaardigd door toepassing van bijvoorbeeld een spuitgietproces. Zowel de vaderaatrijs, de aoederaatrijs, de zoonaatrijs als de kunststof inforaatiedragers hebben een uitstekende oppervlaktekwaliteit.

Claims

1. Werkwijze voor de vervaardiging van een metalen matrijs welke aan tenminste één zijde een informatiespoor bevat, waarbij een masterplaat voorzien van een fotoresistlaag waarin een informatiespoor is aangebracht aan de zijde van de fotoresistlaag in een stroomloos nikkelbad wordt voorzien van een nikkellaag waarop langs galvanische weg een metaallaag wordt aangebracht en de verkregen metaalschil waarin het informatiespoor van de fotoresistlaag is gecopieerd wordt gescheiden van de masterplaat, met het kenmerk, dat alvorens de stroomloze nikkellaag wordt aangebracht de te vernikkelen oppervlakken achtereenvolgens worden behandeld met een detergent en een oplossing van aminosilaan.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat als detergent natriumlaurylsulfaat wordt toegepast.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat het stroomloze nikkelbad natriumbenzeendisulfonaat bevat.

4. Werkwijze volgens conclusie 1, 2 of 3, met het kenmerk, dat na de behandeling met aminosilaan de te vernikkelen oppervlakken worden behandeld met tannine.