DE2540562C2 - Verfahren zur Herstellung einer ätzresistenten Schablone - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein solches Verfahren ist aus der US-PS 27 50 524 bekannt

Aus der US-PS 26 77 611 ist ein Beschichtungsgemisch für photc'Ithographische Platten bekannt, welches Natrium-, Kalium- oder Anrmoniumcaseinat ferner eine natürliche, gesättigte Fettsubstanz, wie Trokkenmilch, Trockenei oder Sojahohc-opuiver, sowie Natrium-, Kalium- oder Ammoniumdicnromat als Sensibiiisierungsrr.itic! enthält

Aus der US-PS 23 87 056 ist ein Beschichtungsgemisch für lithographische Platten bekannt, welches Casein, Gelatine, Borax als Alkali und Ammoniumdichromat enthält.

Bei der Herstellung von Lochmasken für Farbfernsehbildröhren, wie sie beispielsweise aus den US-PSen 27 50 524, 31 99 430, 33 13 225 und 37 51 250 bekannt sind, wird typischerweise eine dünne Metallfolie, z. B. aus kaltgewalztem Stahl oder einer Kupfer-Nickel-Legierung, auf beiden Seiten mit einer lichtempfindlichen Atzschutzschicht beschichtet, die dann in der üblichen Weise belichtet, entwickelt und gehärtet wird. Anschließend wird die Folie geätzt und schließlich wird der Rest der gehärteten Schicht, der als Ätzschablone gedient hatte, entfernt.

Bei diesem Verfahren wird die ätzresistente Schablone gewöhnlich mittels eines Gemisches hergestellt, das Fischleim oder Casein und ein Dichromat-Photosensibilisierungsmittel enthält Die bekannten caseinhaltigen Beschichtungsgemische haben einen pH-Wert über 7, gewöhnlich etwa zwischen 9 und 10, um eine ausreichende Löslichkeit des Caseins zu gewährleisten und so eine adequate Materialmenge zur Bildung der ätzresistenten Schablone abscheiden zu können. Derartig hohe pH-Werte beeinträchtigen jedoch die Photoempfindlichkeit der Schicht und führen daher zu übermäßig langen Belichtungszeiten.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen einer ätzresistenten Schablone der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß ätzresistente Schablonen ausreichender Dicke und trotzdem hoher Lichtempfindlich

keit resultieren.

Diese Aufgabe wird durch das im Patentanspruch 1 gekennzeichnete Verfahren gelöst

Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche.

Bei dem vorliegenden Verfahren sind nur relativ kurze Belichtungszeiten erforderlich. Die belichteten Schichten lassen sich in üblicher Weise entwickeln und

ίο liefern ätzresistente Schablonen mit relativ hoher Auflösung. Nach dem Ätzen kann die eingebrannte Schablone leicht mit einer alkalischen Lösung entfernt werden, wobei nur ein geringer oder gar kein Rückstand zurückbleibt

In der Zeichnung bedeutet

F i g. 1 eine Draufsicht einer Metallfolie nach dem Ätzen und

Fig.2 bis Fig.6 sind Schnittansichten durch einen ein Loch enthaltenden Teil der Metallfolie, welche die Schritte einer Ausführungsform des vorliegenden Verfahrens erläutern.

F i g. 1 zeigt eine Draufsicht eines geätzten Lochmasken-Rohlings 21, wie er aus der Ätzmaschine austritt Der Masken-Rohling 21 (der in einer Farbfernsehbildröhre verwendet werden soll) ist in einem Metallstreifen 23 enthalten, der eine Aufeinanderfolge derartiger Masken-Rohlinge 21a, 21 und 216 enthält, die an den Rändern 25 durchgeätzt werden, mit Ausnahme von üblichen (nicht angezeigten) Punkten, die es ermöglichen, den Masken-Rohling 21 in dem Streifen 23 in Position zu halten. Der Masken-Rohling 21 besteht aus einem durchlöcherten zentralen Teil 27, der durch die strichlierte Linie 28 begrenzt wird, und einem Rand- oder peripheren Teil 29, der keine Löcher aufzuweisen braucht

Die Fig.2 bis 6 zeigen eine Aufeinanderfolge von Verfahrensschritten, welche zur Herstellung eines runden Lochs im zentralen Teil 27 einer hexagonalen Anordnung von Löchern in einem 0,1524 mm dicken Streifen von kaltgewalztem Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt verwendet werden können, die er in F i g. 1 dargestellt ist. Der Streifen 23 wird auf beiden Hauptflächen mit einer der neuen Überzugszubereitungen, die weiter unten beschrieben werden, beschichtet. Die Überzüge werden an der Luft unter Ausbildung von lichtempfindlichen Überzügen 31 und 33 aus Dichromat-sensibilisiertem Natriumcaseinat getrocknet, wie in F i g. 2 gezeigt Nachdem die Überzüge getrocknet worden sind, wird der überzogene Streifen in einem Rahmen zwischen zwei zum Teil lichtundurchlässigen Master-Masken (Vorlagen) angeordnet, wie es aus der US-PS 37 51 250 bekannt ist; eine Master-Maske (Vorlagen) 35 für den Überzug 31 auf der einen Hauptfläche des Metallstreifens 23, und die andere Master-Masken (Vorlagen) 37 für den anderen Überzug 23 auf der anderen Hauptfläche des Metallstreifens 23, wie dies in Fig.3 dargestellt ist. Die lichtundurchlässigen Stellen der Mastermasken können aus Chrom oder Nickel bestehen, das auf die innenseitigen Oberflächen von Glas-

eo platten 39 bzw, 41 aufgebracht worden ist, und die Ma· stermasken können direkt an die Überzüge 31 und 33 angelegt werden. Die Mittellinien der Mastermasken fallen zusammen, können jedoch, falls gewünscht, auch gegeneinander versetzt sein.

Wie in F i g. 3 gezeigt, werden die Überzüge 31 und 33 auf der einen und der anderen Fläche des Streifens 23 nun einer härtenden Strahlung, beispielsweise von einem Kohlelichtbogen, ausgesetzt, wobei die Strahlung

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durch die Glasplatten 39 und 41 auf die Überzüge 31 und 33 auftrifft Die Strahlung macht die Überzüge 31 und 33 unlöslich, mit Ausnahme von den Stellen, an denen die Mastermasken 35 bzw. 37 die Überzüge abschirmen. Nachdem die Überzüge in geeigneter Weise belichtet worden sind, werden die Mastermasken entfernt

Die Überzüge werden nun durch Spülen mit Wasser oder einem anderen Lösungsmittel zur Entfernung der nichtbelichteten, löslicheren, abgeschirmten Bereiche der Überzüge 31 und 33 entwickelt Wie in Fi g. 4 nach der Entwicklung gezeigt wird, trägt der Metallstreifen 23 dann auf jeder Oberfläche eine Schablone, bestehend aus einem Überzug 31 mit einer ersten kreisförmigen Öffnung 43 und an seiner gegenüberliegenden Oberfläche eine Schablone, bestehend aus einem Überzug 33 mit einer zweiten kreisförmigen Öffnung 45. Die Schablonenüberzüge 31 und 33 mit den Öffnungen 43 und 45 werden nun an der Luft bei etwa 275 bis 325° C zur Entwicklung einer besseren Ätzresistenz der Überzüge eingebrannt

Der Metallstreifen 23 mit den ätzresistenteu Schablonen wird nun von beiden Seiten in einer einzigen Stufe zur Herstellung des gewünschten Loches geätzt F i g. 5 und F i g. 6 zeigen den Schablonen-überzogenen Metallstreifen 23 in einer Anfangsstufe (Fig.5), in der das Ätzmittel erst einen geringen Teil der Oberflächen des Metallstreifens 23 in den nicht-überzogenen Bereichen aufgelöst hat, und dann das Ende des Ätzvorgangs (F i g. 6). Das Ätzen wird in üblicher Weise unter Verwendung eines flüssigen Eisen(III)-chIorid/Chlorwasserstoffsäure-Ätzmittels durchgeführt Zur Aufrechterhaltung seiner Ätzkraft werden in das Ätzmittel geregelte Mengen Chlorgas eingeleitet

Nach Beendigung des Ätzens wird der beschichtete Metallstreifen 23 mit Wasser zur Entfernung von irgendwelchem restlichen Ätzmittel gewaschen. Anschließend werden die ätzresistenten Schablonen 31 und 33 auf den Oberflächen des Metallstreifens 23 vom Streifen entfernt, wie beispielsweise durch Aufsprühen einer wässerigen Lösung von Natriumhydroxid bei Temperaturen von etwa 50° bis 8O⁰C. Nach Entfernen der Schablonenüberzüge wird der Streifen in Wasser gewaschen und getrocknet.

Die folgenden Zubereitungen könren für das vorstehende Verfahren verwendet werden. Die Zubereitung Nr. 1 ist für einen Ansatz im Laboratoriumsmaßstab und die Zubereitung Nr. 2 für einen Ansatz in einer Versuchsanlage geeigne!. Die nachfolgend angegebenen Eigenschaften gelten für einen frisch-gemischten Ansatz gerade eben vor dem Beschichten.

Mischen der Zubereitung Nr.!

1. Man löst das Natriumcaseinat in 800 ml Wasser bei etwa 49° C unter raschem Rühren mit einem Rührer von hoher Scherkraft

2. Das Dispergiermittel wird zu der Natriumcaseinat-Lösung zugegeben.

3. Der Borax (kristallwasserhaltiges Natriumcarbonat oder Na₂B₄O₇ · 10 H₂O) wird in 100 ml entionisiertem Wasser gelöst und die Lösung auf 90⁰C erwärmt Die heiße Borax-Lösung wird langsam zu der Natriumcaseinat-Lösung hinzugegeben.

4. Man löst das Bactericid, wie beispielsweise Phenol, in 100 ml entionisiertem Wasser und fügt diese Mischung zu der Natriumcaseinat-Lösung hinzu.

5. Man löst das Ammoniumdichromat [(NH₄J₂Cr₂O₇] in 200 g entionisiertem Wasser. Diese Dichromat-Lösung wird zu der Natriumcaseinat-Lösung hinzugesetzt

Mischen der Zubereitung -Nr. 2

1. Man löst den Borax in 4 Liter heißem (etwa 8O⁰C) entionisierten Wasser auf. Diese Borax-Lösung fügt man zu 32 Liter heißem (etwa 8O⁰C) entionisiertem Wasser hinzu.

2. Man gibt das Dispergiermittel zu der Lösung hinzu, wobei man die Lösung etwa 2 Minuten mit einem Rührer mit hoher Scherkraft rührt

3. Man gibt das Natriumcaseinat zu der Borax-Lösung unter Verwendung eines Rührers mit hoher Scherkraft zur Herstellung des Natriumcaseinat-Konzentrats hinzu.

4. Zu dem Natriumcaseinat-Konzentrat wird das Bactericid hinzugesetzt.

5. Das Konzentrat wird auf etwa 20 bis 23⁰C abgekühlt und anschließend είπε Lösung des in 5 Liter entionisiertem Wassers unter Rühren bei niedriger Geschwindigkeit aufgelösten AmmoniumdichromaU hinzugefügt.

6. Entionisiertes Wasser wird zur Herstellung der Lösung mit gewünschtem spezifischen Gewicht hinzugefügt

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	Beschichtungs-	Nr. 2	7,5
	zubereitungen	4157 g
	Nr. 1	441g	1,030
Natriumcaseinat	110,0 g	1030 g	6,8
Borax	12,0 g	6g
Ammoniumdichromat	11.0 g	123 g
Dispergiermittel	0,15 g	bis zum gewünschten
Bactericid	5,0 g	spezifischen Gewicht
Wasser		ca. 11,5
Viskosität	ca. 1,032
bei21,l°C(mPa · s)	6,6
Dichte bei 21,1°C
pH-Wert

Bei der Überzugszubereitung sind mehrere Faktoren von Bedeutung:

1. Es kann ein beliebiges Alkalicaseinat eingesetzt werden. Natriumcaseinat wird gegenüber Kaliumcaseinat und Ammoniumcaseinat wegen seiner größeren Löslichkeit in Wasser und wegen anderer Eigenschaften bevorzugt. Alkalicascinate können wegen ihrer größeren Löslichkeit belichtet, entwickelt und zufriedenstellend geätzt werden, wohingegen dies bei Caseinen, die mit Al'.iaä solubilisiert worden sind, nicht geht Es wird bevorzugt, daß das Alkalicaseinat ein hohes Molekulargewicht, vorzugsweise von über 250 000, besitzt, um in dem trockenen Überzug eine maximale Photosensibilität zu erzielen. Das Alkalicaseinat umfaßt etwa 6 bis 12 Gew.-% der Überzugszubereitung.

2. Der pH-Wert der Überzugszubereitung muß innerhalb des Bereiches von 5,8 bis 7,0, vorzugsweise zwl· sehen 6,5 bis 6,9, liegen. Der pH-Wert soll nicht niedriger als 5,8 oder höher als 7,0 sein, das sonst die Empfindlichkeit des Überzugs beeinträchtigt wird. Die Dichte der Überzugszubereitunf bestimmt zum Teil die Dicke des Überzugs. Je niedriger die Dichte ist, desto dünner wird der Überzug. Ebenso wird ein umso dünnerer Überzug erzeugt, je höher die Temperatur in der Beschichtungskammer ist. Dichten von 1.028 bis 1.032 liefern eeeitmete

Überzüge zwischen etwa 1,016 und 5,08 mm Dicke.

3. Das Ammoniumdichromat verleiht dem Überzug eine besonders harte Empfindlichkeit. Ferner hat Ammoniumdichromat eine geringere Tendenz während des Trocknungsvorganges zu kristallisieren, als Natrium- und Kaliumdichromat Die Belichtungszeiten von Ammoniumdichromatsensibilisierten Alkalicaseinat-Überzügen sind denjenigen von Ammoniumdichromat-sensibilisierten Fischleim-Überzügen äquivalent. Das Sensibilisierungsmittel macht etwa 5 bis 30 Gew.-% des vorhandenen Alkalicaseinats aus.

4. Als Dispergiermittel, welches die Herstellung der Überzugszubereitung unterstützt, können viele Dispergiermittel verwendet werden. Das Bactericid kann weggelassen werden, wenn die Überzugszubereitung innerhalb von 3 Tagen nach dem Mischen des Alkalicaseinats verwendet wird. Ein geeignetes Bactericid ist Phenol.

5. Wenn nach dem Aufbringen der Überzugszubereitung die Temperatur des Trocknungsiunneii auf einen Wert unter 37,8°C fällt, können »Flecken« von Ammoniumdichromat erscheinen, die zu Ausschuß führen können. Es wird daher eine Trockentunnel-Temperatur von etwa 51,7°C bis 71,1° empfohlen. Der Trockenofen sollte eine Temperatur von etwa 90°C am Ober- und Unterteil des den Ofen verlassenden sensibilisierten Streifens sicherstellen, was mit einem Oberflächenpyrometer gemessen wird.

6. Die Gegenwart von Borax (Natriumborat-Decahydrat) in dem Überzug ermöglicht ein schnelleres und zufriedenstellenderes Verarbeiten. Borax ist ein Solubilisator für die Alkalicaseinate, insbesondere für Natriumcaseinat. Wenn der Borax weggelassen wird, kann der Alkalicaseinat-Überzug schlecht entwickelt werden. Um dieses Problem zu überwinden, können niedrigere Betriebsgeschwindigkeiten und höhere Entwicklungstemperaturen erforderlich werden. Dies verursacht langsamere Produktionsgeschwindigkeiten. Die optimale Entwicklungstemperatur beträgt 37,8°C Der Borax ist einer Menge von etwa 03 bis 1,5 des Gewichts des in der Überzugszubereitung anwesenden Alkalicaseinats vorhanden.

7. Die Beschichtungsdicke auf dem Metallstreifen ist ein wichtiger Parameter für die Maskenherstellung. Wenn die ätzresistente Schablone zu dünn, (unter 1,016 mm) ist, wird das Ätzen ungleichmäßig erfolgen und Maskendefekte bewirken. Ist die ätzresistente Schablone zu dick (über 5,08 mm), so wird dies zu längeren Belichtungszeiten, mechanischen Problemen, wie Abrieb und Festfressen beim Verschieben der Schablone, Abpump-Problemen und einer unzureichenden Masken-Gleichmäjigkeit führen. Typische Werte für die Dicke eines auf einen senkrechten Folienstreifen aufgebrachten Überzugs, der Natriumcaseinat enthält, im Vergleich zu einem solchen, der Fischleim enthält, bei gleicher Dichte (1,032) bei 24° C sind:

ders gut durch alkalisches Waschen entfernen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Natriumcaseinat

Fischleim

2032 cm tiefer

40,64 cm tiefer

1,016 bis 1,778 mm
2,032 bis 2p4 mm
244 bis 4,826 mm

1,016 mm
1,778 mm
3,048 mm

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8. Die bevorzugte Einbrenn-Temperatur für die Verleihung von Ätzresistenz an einen entwickelten Natriumcaseinat-Überziig liegt im Bereich von 275° C bis 325° C. Natriumcaseinat-Überzüge, die bei etwa 305° C eingebrannt wurden, lassen sich nach dem Ätzen beson-

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung einer ätzresistenten Schablone auf einer Oberfläche, bei dem auf der Oberfläche zunächst eine lichtempfindliche Schicht aus einem ein Dichromat enthaltenden Gemisch aufgebracht wird, die Schicht getrocknet und dann belichtet und entwickelt wird, um die unbelichteten Teile von dieser zu entfernen und dann die entwikkelte Schicht eingebrannt wird, um deren verbleibende Teileätzresistentzu machen, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch einen pH-Wert zwischen 5,8 und 7,0 aufweist und Alkalicaseinat, als Dichromat Ammoniumdichromat, Natriumborat und Wasser enthält

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der pH-Wert des Gemisches im Bereich von 6,5 bis 6,9 liegt

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Caseinat Natriumcaseinat ist