DE69507926T2

DE69507926T2 - Verfahren zur erzeugung eines kupferbildes auf einer aus elektrisch nichtleitendem material bestehenden platte mittels eines photolithographischen verfahrens

Info

Publication number: DE69507926T2
Application number: DE69507926T
Authority: DE
Inventors: Sigrid Gelderland; Elisabeth Van Der Sluis-Van Der Voort
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1994-04-28
Filing date: 1995-04-06
Publication date: 1999-09-16
Anticipated expiration: 2015-04-07
Also published as: EP0706678A1; WO1995030178A1; US5738977A; JPH08512171A; EP0706678B1; DE69507926D1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur photolithographischen Erzeugung eines Kupfermusters auf einer Platte aus elektrisch isolierendem Material, wobei diese Platte mit mustermäßig gegliederten Löchern versehen ist, wobei diese Löcher an der Innenseite mit einer mit dem Kupfermuster verbundenen Kupferschicht versehen werden und wobei eine photoempfindliche kataphoretische Lackschicht angebracht wird.
Derartige Lochplatten, die beispielsweise aus Glas, Quarzglas, Kunststoff oder aus Keramik bestehen können, werden insbesondere bei Feldemissionswiedergabeanordnungen und flachen Elektronenwiedergabeanordnungen verwendet, wobei die metallisierten Löcher als Elektroden wirksam sind zur Steuerung der Elektronenströme zu dem mit Phosphoren versehenen Leuchtschirm, sowie bei Plasmawiedergabeanordnungen. Die Oberfläche einer derartigen Platte ist auch mit schmalen Metallspuren versehen zur Ansteuerung (Adressierung) der Elektroden. Bei derartigen Wiedergabeanordnungen sind die Platten als Kontroll- oder Selektionsplatten wirksam. Flache Elektronenwiedergabeanordnungen sind mit wenigstens zwei Selektionsplatten versehen.
Eine derartige flache Elektronenwiedergabeanordnung ist in der Europäischen Patentanmeldung EP-A-464937 der Anmelderin beschrieben worden. Die beschriebene Wiedergabeanordnung enthält u. a. eine Vorselektions- und eine Feinselektionsplatte. Diese Platten sind beispielsweise aus Glas und haben eine Dicke von 0,5 mm. Eine derartige Platte weist ein sehr genaues Lochmuster mit beispielsweise 300.000 Löchern mit einem Durchmesser von 300 um auf. In den Löchern und um dieselben herum befinden sich metallene Selektionselektroden, die je mit Hilfe schmaler Metallspuren auf der Glasplatte aktiviert werden können. In der genannten Patentanmeldung ist nicht näher angegeben, welches Metall als Elektrode verwendet wird und wie das Metall in den Löchern und um dieselben herum angebracht werden kann.
In der Europäischen Patentanmeldung EP-A-539714 ist ein elektrophoretisches Verfahren beschrieben zum Herstellen von Kupfermustern auf Printplatten unter Verwendung eines negativen, photoempfindlichen elektrophoretischen Lacks. Ein mit einer einheitlichen Kupferschicht verkleidetes Substrat aus beispielsweise Epoxy, wird in eine Lösung eines derartigen Lacks eingetaucht, wobei das Substrat und eine inerte Elektrode aus beispielsweise rostsicherem Stahl mit einer äußeren Stromquelle verbunden werden. Die Kupferschicht auf dem Substrat ist dabei als Kathode geschaltet und die inerte Elektrode als Anode, d. h. daß die Kupferschicht mit dem negativen Pol der Stromquelle elektrisch verbunden ist. Die Lösung des Lacks enthält u. a. ein Gemisch aus einem Polymer mit positiv geladenen Gruppen, ungesättigten Monomeren und einem Photoinitiator. Beispiele von positiv geladenen Gruppen sind die Aminogruppe, die quaternäre Ammoniumgruppe, die Sulfoniumgruppe und die Sulfoxoniumgruppe. Diese Gruppen werden durch eine wasserlösliche organische Karbonsäure, wie Essigsäure, neutralisiert, wobei Micellen gebildet werden mit einer Größe von etwa 100 nm. Infolge des elektrischen Feldes in der Lösung wird das positiv geladene Gemisch zu der negativ geladene Kupferschicht hingezogen und dort entladen. Außerdem entsteht in der Nähe der Kathode als Ergebnis der Elektrolyse von Wasser ein stark alkalisches Medium. Die Micellen werden unstabil und lassen sich auf der Kathode nieder. Dadurch bildet sich eine dichte und einheitliche Lackschicht auf der Kupferschicht. Die Verwendung eines derartigen elektrophoretischen Lacks ist erforderlich zum Anbringen dreidimensionaler Strukturen, wie innenmetallisierter Löcher. Der photoempfindliche Lack ist von dem negativen Typ, d. h. belichtete Teile der Lackschicht werden durch eine photochemische Reaktion weniger löslich in einer Entwicklerflüssigkeit als die nicht belichteten Teile. Die Belichtung erfolgt meistens durch eine Photomaske hindurch. Diese unterschiedliche Löslichkeit ermöglicht eine selektive Entfernung der Lackschicht. Das gebildete Lackmuster ist als Maske für ein Ätzmittel wirksam wodurch die Kupferschicht zu einem gewünschten Muster entsprechend der verwendeten Photomaske strukturiert wird.
Ein Nachteil der Verwendung von Kupfer ist, daß dieses Metall bei der weiteren Verarbeitung der Platten zu einer flachen Wiedergabeanordnung, wobei in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre Temperaturen von etwa 450ºC erreicht werden, völlig oxidiert wird. Außerdem kann Kupfer nicht ohne weiters als Metallspur oder Elektrode in einer derartigen flachen Elektronenwiedergabeanordnung verwendet werden, und zwar wegen unerwünschter Interaktionen mit den verwendeten elektrolumineszierenden Phosphoren.
Der Gebrauch von Kupfer für die Metallspuren der Selektionsplatten ist erwünscht, und zwar wegen der guten elektrischen Leitfähigkeit. Die metallspuren haben nämlich nur eine Breite von beispielsweise 80 um und eine Dicke von 5 um bei einer maximalen Länge von beispielsweise 40 cm. Damit Kupfer verwendet werden kann ist es deswegen notwendig, die Kupferoberfläche mit einer abschließenden korrosionsfesten Schicht zu versehen.
In dem Deutschen Patentdokument DE-C-34 43 471 (entsprechend dem US-Patent US-A-4.814.205) wird ein Verfahren beschrieben, nach dem eine einheitliche Kupferschicht eine zweckmäßige Korrosionsfestigkeit erhält. Dazu wird die Kupferschicht in einem stromlosen Verfahren aus einer wässerigen Lösung von Nickelsalz und Natriumhypophosphit mit einer Nickel-Phosphorschicht (Ni-P) versehen. Dabei ist es notwendig, die Oberfläche der Kupferschicht vorher mit einer Lösung wenigstens eines Edelmetallsalzes, beispielsweise PdCl&sub2;, zu aktivieren, damit der stromlose Niederschlag von Nickelphosphor auf der Oberfläche der Kupferschicht ausgelöst wird. Der Nachteil dieses bekannten Verfahrens ist jedoch, daß bei Aktivierung von Kupferspuren ebenfalls ein Nickel-Phosphorniederschlag zwischen den Spuren stattfindet, was zu elektrischem Kurzschluß führt. Eine etwaige Ursache ist die Rauhigkeit der verwendeten Platten, deren Löcher, wie nachstehend beschrieben wird, im Zerstäubungsverfahren mit adrasiven Teilchen angebracht werden. In dem Fall kann das PdCl&sub2; nach der Aktivierungsbehandlung in einem üblichen Spülvorgang mit Wasser nicht völlig von der Oberfläche der Platte entfernt werden.
Ein mit einer korrosionsfesten Nickel-Phosphorschicht bedecktes Kupfermuster könnte dadurch erzeugt werden, daß die Nickel-Phosphorschicht und die darunter liegende Kupferschicht photolithographisch strukturiert wird. Ein Nachteil dabei ist jedoch, daß Nickel-Phosphor sich nur schwer chemisch ätzen läßt. Nickel- Phosphor ist nur mit Gemischen aus konzentrierten Säuern, wie Gemischen aus Phosphorsäure und Salpetersäure oder Salpetersäure und Salzsäure ätzbar. Solche Säuren sind unter Produktionsumständen unerwünscht.
Es ist nun u. a. eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein einfaches und zuverlässiges Verfahren zum Erzeugen einer Nickel-Phosphorschicht auf einem Kupfermuster der oben beschrieben Art zu schaffen, wobei die Wände der Löcher ebenfalls mit einer mit einer Nickel-Phosphorschicht bedeckten Kupferschicht versehen werden und wobei die obengenannten Nachteile nicht auftreten.
Diese Aufgabe wird erfüllt durch ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art, das nach der Erfindung die untenstehende Reihe von Verfahrensschritten umfaßt:
das Anbringen einer Kupferschicht auf wenigstens einer Oberfläche der Platte und an den Wänden der Löcher,
das stromlose Anbringen einer Nickel-Borschicht auf der Kupferschicht, das kataphoretische Anbringen der photoempfindlichen Lackschicht auf der Nickel-Borschicht,
das mustermäßige Belichten der Lackschicht unter Bildung ausgehärteter und nicht-ausgehärteter Teile der Lackschicht, wobei wenigstens in den Löchern ausgehärtete Teile gebildet werden,
das Entwickeln der Lackschicht, wobei die Nickel-Borschicht unterhalb der nicht-ausgehärteten Teile der Lackschicht freigelegt wird,
das Entfernen der freigelegten Nickel-Borschicht und der darunter liegenden Kupferschicht im Ätzverfahren, dies unter Beibehaltung der Nickel-Bor- und der Kupferschicht unterhalb der ausgehärteten Teile der Lackschicht,
das Abstreifen der ausgehärteten Teile der Lackschicht,
das stromlose Anbringen einer Nickel-Phosphorschicht auf der Nickel- Borschicht.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß eine Kupferoberfläche nicht mit PdCl&sub2; aktiviert zu werden braucht um darauf stromlos eine Nickel-Borschicht (Ni-B) aus einem Nickel-Borbad abzulagern. Es zeigt sich ebenfalls, daß eine Nickel- Phosphorschicht stromlos ohne Aktivierung auf einer Nickel-Borschicht abgelagert werden kann. Dadurch erfolgt keine Ablagerung von Nickel-Bor und/oder Nickel- Phosphor zwischen den Kupferspuren auf der Platte. Nickel-Bor läßt sich außerdem leicht ätzen mit Ätzmitteln, die im Bereich der Printplattenindustrie verwendet werden, wie FeCl&sub3;. Nach der Erfindung wird die Kupferschicht zunächst stromlos mit einer Nickel-Borschicht versehen, wonach photolithographisch ein mit einer Nickel- Borschicht versehenes Kupfermuster erhalten wird. Die Nickel-Borschicht wird danach ohne Aktivierung stromlos mit einer Nickel-Phosphorschicht bedeckt.
Die stromlosen Nickel-Borbäder enthalten nebst einem Nickelsalz Natriumborhydrid oder Dimethylaminboran als Reduktionsmittel. Solche Bäder sind handelsüblich, beispielsweise bei Shipley Niposit 468TM. Je nach der Badezusammensetzung wird in der Schicht weniger als 0,5 bis 5 Atom% Bor eingebaut. Oft enthalten solche Bäder noch Stabilisatoren, wie Schwefelverbindungen, Zinn- oder Bleisalze zur Vermeidung spontaner Nickelablagerung.
Die Platte ist vorzugsweise aus Glas, und zwar des Preises, der Form- und der Maßgenauigkeit wegen, kann aber auch aus Keramik oder Kunststoff sein. Die Dicke der Glasplatte beträgt beispielsweise 0,5 mm. Die Löcher in der Platte können mit Hilfe eines Stromes abrasiver Pulverteilchen aus beispielsweise Aluminiumoxid über eine Maske in der Platte angebracht werden. Dieses Verfahren ist in der Europäischen Patentanmeldung EP-A-562670 (PHN 14.374) der Anmelderin beschrieben worden. Die Löcher sind beispielsweise kreisrund. Je nach dem Gebrauch beträgt der Durchmesser der Löcher 50 um bis 5 mm. Die gebildeten Löcher sind einigermaßen kegelförmig, was für die nachfolgende Metallisierung der Löcher vorteilhaft ist.
Wenigstens eine Seite der Platte wird zunächst mit einer Kupferschicht versehen. Zugleich werden dabei die Wände der Löcher mit einer Kupferschicht versehen. Die Kupferschicht kann mit Vorteil im Aufdampf oder im Zerstäubungsverfahren angebracht werden, wobei diejenige Oberfläche der Platte auf die Aufdampfquelle oder das Zerstäubungsziel gerichtet, die den größten Durchmesser der kegelförmigen Löcher aufweist. Dadurch wird die genannte Oberfläche der Platte und die Wände der Löcher mit Kupferschicht bedeckt. Für einige Anwendungsbereiche werden die beiden Seiten der Platte verkupfert.
Die Kupferschicht kann auch aus einem stromlosen Kupferbad stromlos angebracht werden. Dies bedeutet, daß alle Metallisierungen, und zwar die Verkupfe rung und die nachfolgende Vernicklung, naßchemisch erhalten werden und folglich keine aufwendige Vakuumapparatur erfordern. Ein derartiges Kupferbad enthält eine wässerige Lösung eines Kupfersalzes, eines Reduktionsmittels, wie Formalin, und eines Komplexiermittels, wie EDTA. Derartige stromlose Kupferbäder sind handelsüblich, wie Shipley Cuposit 78TM und Cuposit 251TM. Auf bekannte Art und Weise wird die zu metallisierende Platte vorher dadurch bekeimt (als Aktivierung bezeichnet), daß sie entweder mit wässerigen Lösungen von hintereinander SnCl&sub2; und PdCl&sub2; oder mit einer kolloidalen SnPd-Dispersion in Kontakt gebracht wird. Eine durchaus zweckmäßige Keimbildung für eine Glasplatte wird dadurch erhalten, daß die Platte mit einer Monoschicht eines Alkoxyaminosilans versehen wird und daß die Platte daraufhin mit einem wässerigen Pd-Sol in Kontakt gebracht wird, das mit einem Polyvinylalkohol (PVA) oder einem Polyvinylpyrrolidon (PVP) stabilisiert ist. Dieses letztere Verfahren ist in der Europäischen Patentanmeldung EP-A-577187 der Anmelderin beschrieben und ergibt eine äußerst zuverlässige Aktivierung der Plattenoberfläche.
Die Kupferschicht kann bis zur gewünschten Dicke von beispielsweise 3 um aus dem stromlosen Kupferbad aufgetragen werden. Es ist auch möglich, eine relativ dünne Kupferschicht von beispielsweise 200 nm aus dem stromlosen Kupferbad abzulagern, wobei diese Schicht danach in einem galvanischen Kupferbad bis zur gewünschten Schichtdicke verstärkt wird. Dieses letztgenannte Bad enthält kein Reduktionsmittel; die Kupferionen werden mittels einer äußeren Stromquelle an der Kupferoberfläche reduziert. Dadurch, daß das Kupfer galvanisch abgelagert wird, kann die Soll-Schichtdicke schneller erreicht werden.
Die verkupferte Platte wird danach aus einem stromlosen Nickel- Borbad stromlos mit einer Nickel-Borschicht versehen, wie oben beschrieben. Die Schichtdicke der Nickel-Borschicht beträgt beispielsweise 200 nm. Aktivierung der Kupferschicht mit PdCl&sub2; ist dabei nicht notwendig. Wenn die Kupferschicht längere Zeit der Luft ausgesetzt ist, kann es notwendig sein, zur Entfernung von Oxid die Kupferschicht einige Sekunden lang in eine wässerige Lösung von Salzsaure mit einer Konzentration von 0,1 Mol/Liter einzutauchen.
Die Platte wird daraufhin in ein Bad eingetaucht, in dem sich ein photoempfindlicher kataphoretischer Lack befindet. Derartige Lacke sind meisten vom negativen Typ, d. h. der Lack härtet unter dem Einfluß von Licht aus. Es sind handelsübliche Lacke und bestehen im Allgemeinen aus einem Lösungsmittel, einem Polymer mit positiv geladenen Gruppen, einem Photoinitiator und ungesättigten Monomeren. Ein derartiger Lack ist in der obengenannten Europäischen Patentanmeldung EP-A-539714 beschrieben. Der darin beschriebene Lack besteht beispielsweise aus einer wässerigen Lösung eines Polyaminoacrylats, aus einem Diethoxyacetophenon als Photoinitiator und aus Butylmethacrylatmonomeren. Die mit einer Kupfer- und einer Nickel-Borschicht versehene Platte wird mit dem negativen Pol einer äußeren Stromquelle galvanisch verbunden und ist als Kathode wirksam. In dem Bad befindet sich auch eine Platte oder ein Stab aus einem inerten Material, wie beispielsweise Platin oder rostsicherem Stahl, die als Anode wirksam ist und mit dem positiven Pol der Stromquelle verbunden wird. Über die Kathode und Anode wird eine Gleichspannung von beispielsweise 100 V angelegt. Nach einer kurzen Zeit von beispielsweise 30 Sekunden ist auf der Nickel-Borschicht eine photoempfindliche Lackschicht aufgetragen. Die Platte wird danach aus dem Bad entfernt, mit Wasser gespült und getrocknet. Durch die kataphoretische Auftragung ist die Dicke der Lackschicht über die ganze Platte und auf den Wänden der Löchern gleich. Eventuell wird die Lackschicht mit einer Deckschicht versehen, dies zur Vermeidung einer klebrigen Oberfläche. Dazu können die vom Lieferanten des kataphoretischen Lackes vorgeschriebenen Deckschichtlösungen verwendet werden, beispielsweise die auf Basis von Hydroxyzellulose. Eine derartige Deckschicht vermeidet u. a. daß in dem nachfolgenden Belichtungsschritt die Lackschicht an der Photomaske kleben bleibt.
Durch das Vorhandensein ungesättigter Monomere ist die Zusammensetzung des kataphoretischen Lacks derart, daß durch Belichtung mit aktinischer Strahlung ein vernetztes Netzwerk von Polymeren gebildet wird. Durch die große Wahl an UV-empfindlichen Photoinitiatoren und Belichtungshilfsmitteln, worunter UV-Lampen und Masken, wird die mustermäßige Belichtung der Lackschicht vorzugsweise mit UV-Licht durchgeführt, das beispielsweise von einer Quecksilberlampe herrührt, die Licht ausstrahlt mit einer Wellenlänge von 365 mm.
Die mustermäßige Belichtung erfolgt vorzugsweise durch eine Photomaske hindurch, die auf die Lackschicht gelegt wird. Beim Auflegen der Photomaske auf die Lackschicht soll diese Lackschicht, zur Vermeidung von Festkleben, vorzugs weise mit der bereits genannten Deckschicht versehen werden. Die Photomaske kann ggf. in sehr geringem Abstand von der Lackschicht plaziert werden. Dies vermeidet Beschädigung der Photomaske und/oder der Lackschicht sowie ein unerwünschtes Haften der Photomaske an der klebrigen Lackschicht, geht aber auf Kosten der Auflösung. Die verwendete Photomaske läßt nur UV-Licht durch an denjenigen Stellen, wo die Metallspuren auf der Oberfläche der Platte und die Metallelektroden in den Löchern vorgesehen werden sollen. Vorzugsweise wird ein schmaler Rand um die Löcher herum ebenfalls belichtet, und zwar wegen der schlußendlich erwünschten Elektrodenform.
Nach Belichtung wird die Lackschicht mit einer Entwicklerflüssigkeit entwickelt. Dazu wird meistens eine wässerige alkalische Lösung aus NaOh oder Na&sub2;CO&sub3; verwendet, eine wässerige Milchsäurelösung, oder ein vom Lieferanten des photoempfindlichen kataphoretischen Lacks vorgeschriebener Entwickler. Dabei werden die nicht-belichteten Teile der Lackschicht entfernt und die darunterliegende Nickel-Borschicht wird freigelegt. Nach der Entwicklung wird die Platte mit Wasser gespült.
Die freigelegte Nickel-Borschicht und die darunter liegende Kupferschicht werden mittels der bekannten Ätzmittel für diese Metalle entfernt. Ein geeignetes Ätzmittel ist beispielsweise eine wässerige Lösung von FeCl&sub3; und Salzsäure. Die Platte wird danach mit Wasser gespült.
Die ausgehärteten Teile der Lackschicht werden danach abgestreift. Dazu kann eine vom Lieferanten des kataphoretischen Lacks vorgeschriebene basische Lösung verwendet werden. Der Lack kann ebenfalls mit Hilfe eines Sauerstoffplasmas abgestreift werden.
In diesem Stadium ist die Platte mit einem Kupfermuster versehen und die Wände der Löcher in der Platte sind mit einer Kupferschicht bedeckt. Die Kupferoberfläche des Kupfermusters und der Kupferschicht in den Löchern sind mit einer Nickel-Borschicht bedeckt.
Die Nickel-Borschicht wird daraufhin aus einem stromlosen Nicke- Phosphorbad mit einer Nickel-Phosphorschicht bedeckt. Dies geschieht ohne Aktivierung der Nickel-Borschicht. Ein derartiges Nickel-Phosphorbad enthält Natriumhy pophosphit als Reduktionsmittel. Diese Bäder sind handelsüblich, beispielsweise Shipley Niposit 65TM und OMI Enlyte 310. Der Phosphorgehalt in der Schicht beträgt etwa 10 Atom% und ist abhängig von der Badzusammensetzung. Die Dicke der Nickel-Phosphorschicht beträgt beispielsweise 500 nm. Dadurch, daß auf eine Aktivierungsbehandlung verzichtet wird, tritt keine Nickelablagerung auf der Plattenoberfläche zwischen dem Kupfermuster auf; damit wird Kurzschluß zwischen den Kupferspuren vermieden. Wie oben erwähnt, ist Ablagerung von Nickel-Phosphor auf dem Kupfermuster ohne Aktivierung nicht möglich. Dadurch, daß nach der Erfindung eine Nickel-Bor-Zwischenschicht vorgesehen wird, wird diese Schwierigkeit vermieden.
Die Platte wird danach in Wasser gespült und getrocknet. Die Platte ist in diesem Stadium mit Kupferspuren versehen, wobei zugleich an den Wänden der Löcher Elektroden aus Kupfer gebildet sind. Die Kupferoberfläche ist mit einer korrosionsfesten Nickel-Phosphorschicht versehen, wodurch die Platten bei Temperaturen von etwa 450ºC zu einer Wiedergabeanordnung verarbeitet werden können. Das Kupfer verursacht durch die abdeckende Nickel-Phosphorschicht keine unerwünschten Interaktionen mit den elektrolumineszierenden Phosphoren der Wiedergabeanordnung mehr.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1A bis 1G je einen schematischen Schnitt durch eine Platte während der jeweiligen Stadien des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Ausführungsbeispiel

In den nachstehend zu beschreibenden schematischen Figuren sind die Abmessungen, wie die der, Schichtdicken, nicht maßgerecht dargestellt. In Fig. 1A ist mit dem Bezugszeichen 1 ein Teil eines Schnittes durch eine Glasplatte bezeichnet. Die Platte hat eine Oberfläche von 27 · 44 cm und eine Dicke von 0,4 mm. Durch Zerstäubung von Aluminiumoxidpulver ist die Platte mit 300.000 kegel- und kreisförmigen Löchern 3 versehen, deren größter Durchmesser 300 um und deren kleinster Durchmesser 100 um beträgt. Das Anbringen der Löcher ist in der bereits genannten Europäischen Patentanmeldung EP-A-562670 beschrieben. Zur Entfernung etwaiger geringfügiger Aluminiumoxidteilchen wird die Platte 2 Minuten lang in eine wässerige · Lösung von 2% HF eingetaucht. Die Platte wird danach mit Wasser gespült und getrocknet.
In einer Aufdampfanlage wird die Platte mit einer Kupferschicht 5 (Fig. 1B) mit einer Dicke von 3 um versehen. In diesem Beispiel wird nur eine Seite der Platte mit einer Kupferschicht 5 bedeckt, und durch die Kegelform werden auch die Wände der Löcher 3 mit einer Kupferschicht versehen.
Die Platte wird daraufhin in ein stromloses Nickel-Borbad mit der nachfolgenden Zusammensetzung eingetaucht:
NiSo&sub4;.6H&sub2;O 30 g/l
Dimethylaminoboran 3,5 g/l
Glycin 18 g/l
Malonsäure 27 g/l
Ammoniak bis zu einem pH-Wert von 7,0
Die Temperatur des Bades beträgt 70ºC. Ohne Aktivierung der Kupferschicht 5 wird auf dieser Schicht eine 200 nm dicke Schicht 7 aus Nickel mit 0,2 Atom% Bor abgelagert (Fig. 1C). Die Platte wird danach mit Wasser gespült.
Die Platte wird in EAGLETM negativen, photoempfindlichen kataphoretischen Lack (Lieferant Shipley Company Inc.) gelöst in Wasser, eingetaucht. Der Lack enthält ein organisches Polymer mit basischen Aminogruppen, die unter Bildung einer stabilen Mikroemulsion, bestehend aus Micellen mit Abmessungen von 100 nm, durch eine wasserlösliche organische Karbonsäure neutralisiert werden. Diese Micellen sind positiv geladen und werden durch eine elektrische Doppelschicht stabilisiert. Die Temperatur des Lacks beträgt 35ºC. Die Nickel-Borschicht 7 wird als Kathode verwendet und eine Platte aus rostsicherem Stahl als Anode. Zwischen Anode und Kathode wird eine Gleichspannung von 100 V angelegt. Die Stromstärke beträgt anfangs 2A. Die positiv geladenen Micellen verlagern sich zu der Kathode. An der Kathode findet auch Elektrolyse von Wasser statt, und zwar unter Bildung von Wasserstoff und Hydroxy-Ionen. Durch die gebildete basische Umgebung wird die Ladung auf den Micellen neutralisiert, wodurch sie auf der Kathode zu einer Schicht zusammenwachsen. Die gebildete organische Schicht ist elektrisch isolierend, wodurch der Strom durch das Bad in der Zeit bis nahezu Null abnimmt. Die Platte wird mit Wasser gespült und bei 45ºC getrocknet. Auf der Nickel-Borschicht 7 ist dann eine Lackschicht 9 (Fig. 1D) mit einer Dicke von 25 um gebildet. Duch den kataphoretischen Prozeß wird die Lackschicht 9 auf der Platte sowie in den Löchern mit einheitlicher Dicke abgelagert. Die Lackschicht 9 wird ggf. mit einer (nicht dargestellten) Deckschicht versehen, und zwar durch Eintauchen der Platte in eine wässerige EAGLETM 2002 (Shipley Company Inc.) Lösung. Diese Lösung enthält Zellulose. Dadurch wird die Klebrigkeit der Lackschicht verringert. Die Platte wird danach bei 45ºC getrocknet und dann 10 Minuten lang bei 80ºC gebacken.
Auf der Lackschicht 9 wird eine Photomaske 11 (Fig. 1E) angebracht, beispielsweise eine Glasplatte mit einem Chrom- oder Fe&sub2;O&sub3;-Muster. Die Photomaske weist lichtdurchlässige Teile 13 auf, die etwas größer sind als die Löcher 3, und lichtdurchlässige Teile 1 S. die mit Teilen der Metallschicht zusammenfallen, wo Metallspuren kommen sollen. Durch Pfeile 17 ist von einer Quecksilberlampe herrührendes UV-Licht bezeichnet. Diese Lampe sendet Licht aus mit einer Wellenlänge von 365 nm. Die Belichtungsdosis beträgt 2000 mJ/cm². In den belichteten Gebieten der Lackschicht 9 entsteht ein Mischpolymer, das in einer Entwicklerflüssigkeit schwer löslich ist.
Die belichtete Lackschicht 9 wird durch Eintauchen in eine wässerige Lösung von EAGLETM DEVELOPER 2005 (Shipley Company Inc.) auf Basis von Milchsäure entwickelt und danach mit Wasser gespült und getrocknet. Die nicht- belichteten Teile der Lackschicht werden dabei von der Nickel-Borschicht 7 entfernt. Auf der Nickel-Borschicht in den Löchern und um dieselben herum bleibt eine Lackschicht 19 zurück (Fig. 1E). An Stellen, wo leitende Kupferspuren gebildet werden sollen, bleibt ebenfalls eine Lackschicht 21 zurück.
Die freigelegte Nickel-Borschicht, und die darunter liegende Kupferschicht werden in einer wässerigen Lösung geätzt, die 400 g FeCl&sub3; und i Mol HCl je Liter enthält.
Die belichtete Lackschicht wird durch Eintauchen der Platte in EAGLETM REMOVER 2009 (Shipley Company Inc.) abgestreift, wonach die Platte in Wasser gespült wird (Fig. 1F). Die Glasplatte ist nun mit Löchern versehen, deren Wände mit einer mit einer Nickel-Borschicht T bedeckten Kupferschicht 5' versehen sind. Die Platte ist mit mit einer Nickel-Borschicht 7" bedeckten Kupferspuren 5" versehen.
Die Platte wird danach in ein stromloses Nickel-Phosphorbad mit der nachfolgenden Zusammensetzung eingetaucht:
NiCl&sub2;.6H&sub2;O 26 g/l
Natriumhypophosphit 24 g/l
Milchsäure 27 g/l
Propionsäure 2,2 g/l
Bleiacetat 0,002 g/l
NaOH bis zu einem pH-Wert von 4,6
Die Temperatur des Bades beträgt 95ºC. Ohne Aktivierung der Nickel-Borschicht T, 7" wird auf dieser Schicht eine 500 nm dicke Schicht 23, 25 aus Nickel-Phosphor abgelagert (Fig. 1 G). Die Platte wird danach mit Wasser gespült. Die Glasplatte ist in diesem Stadium mit Löchern versehen, die mit Kupferelektroden 5' bedeckt sind. Die Oberfläche der Kupferelektroden 5' und der Kupferspuren 5" ist mit je einer korrosionsfesten Nickel-Phosphorschicht 23 bzw. 25 versehen.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren werden auf einfache Weise auf einem mit vielen Löchern versehenen elektrisch isolierenden Substrat gut leitende Metallspuren auf der Platte und Metallelektroden in den Löchern angebracht. Die Kupferoberfläche wird auf zuverlässige Weise mit einer korrosionsfesten Nickel- Phosphorschicht versehen. Das Verfahren eignet sich durchaus zur Herstellung von Selektions- und Steuerplatten für Plasmawiedergabeanordnungen, Feldemissionswiedergabeanordnungen und flache Elektronenwiedergabeanordnungen.

Claims

1. Verfahren zur photolithographischen Erzeugung eines Kupfermusters auf einer Platte aus elektrisch isolierendem Material, wobei diese Platte mit mustermäßig gegliederten Löchern versehen ist, wobei diese Löcher an der Innenseite mit einer mit dem Kupfermuster verbundenen Kupferschicht versehen werden und wobei eine photoempfindliche kataphoretische Lackschicht angebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren die nachfolgende Reihe von Verfahrensschritten umfaßt:

das Anbringen einer Kupferschicht auf wenigstens einer Oberfläche der Platte und an den Wänden der Löcher,

das stromlose Anbringen einer Nickel-Borschicht auf der Kupferschicht,

das kataphoretische Anbringen der photoempfindlichen Lackschicht auf der Nickel-Borschicht,

das mustermäßige Belichten der Lackschicht unter Bildung ausgehärteter und nicht-ausgehärteter Teile der Lackschicht, wobei wenigstens in den Löchern ausgehärtete Teile gebildet werden,

das Entwickeln der Lackschicht, wobei die Nickel-Borschicht unterhalb der nicht-ausgehärteten Teile der Lackschicht freigelegt wird,

das Entfernen der freigelegten Nickel-Borschicht und der darunter liegenden Kupferschicht im Ätzverfahren, dies unter Beibehaltung der Nickel-Bor- und der Kupferschicht unterhalb der ausgehärteten Teile der Lackschicht,

das Abstreifen der ausgehärteten Teile der Lackschicht,

das stromlose Anbringen einer Nickel-Phosphorschicht auf der Nickel- Borschicht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupferschicht aus einem stromlosen Kupferbad angebracht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupferschicht im Aufdampf oder Zerstäubungsverfahren angebracht wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine negative, UV-empfindliche kataphoretische Lackschicht verwendet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mustermäßige Belichtung mit Hilfe einer Maske auf oder in der Nähe der Lackschicht durchgeführt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Platte eine Selektionsplatte für eine flache Elektronenwiedergabeanordnung verwendet wird, wobei aus der Kupferschicht auf den Wänden der Löcher Elektroden gebildet werden und wobei die Kupferschicht nacheinander mit einer Nickel-Bor- und einer Nickel- Phosphorschicht bedeckt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als elektrisch isolierendes Material der Platte Glas verwendet wird.