JP2004218034A

JP2004218034A - メタルマスクの製造方法およびメタルマスク

Info

Publication number: JP2004218034A
Application number: JP2003009240A
Authority: JP
Inventors: Nobuo Takagi; 総夫高城; Osamu Koga; 修古賀; Satoshi Tanaka; 聡田中; Shingo Akao; 慎吾赤尾; Ryuji Ueda; 龍二上田
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2003-01-17
Filing date: 2003-01-17
Publication date: 2004-08-05

Abstract

【課題】従来使われていたフレームを不要とし、張り合わせ等の製造工程を簡略化すること、従来問題となっていた貼り付け時のテンションの不均一性による寸法誤差をなくすこと、更にマスク製造時に永久変形のおきにくいメタルマスクの製造方法及びメタルマスクを提供する。
【解決手段】金属板表面にフォトレジストを塗布後、露光、現像し、１次エッチングにて金属板の片面のみを部分的に薄膜化した後に、フォトレジストを剥離し、さらにフォトレジストを両面塗布し、１次エッチングにて薄膜化した金属部分内の表裏に所望のフォトマスクを用いて露光後、現像した後に、２次エッチングにより貫通孔を施す。
【選択図】図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は蒸着法による微細パターン形成法において、基板と密着をはかり所望の部分のみに蒸着物を析出させる際に使用するメタルマスク及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年ディスプレイデバイスである有機電界発光素子（有機ＥＬ）が液晶ディスプレイと比較して応答時間が早い、広視野角、バックライトが不要であるため軽薄化が図れる等の理由から注目を集めている。有機ＥＬ素子の製造は、透明基板上にＩＴＯ透明電極等を形成した後に、基板上に密着保持したメタルマスクを介し、蒸着法により有機電界発光層のパターン形成をする。通常の微細パターン形成法であるフォトリソグラフィー法では、フォトレジスト塗布、露光、現像、エッチング、フォトレジスト剥離の工程を経るため、空気あるいは熱、水分に不安定である有機電界発光物質に損傷を与えてしまい前記方法では困難なためである。有機電界発光物質形成の寸法精度は、蒸着用のメタルマスクの精度に依存するため、寸法精度の良いメタルマスクを安定して製造することが望まれている。
【０００３】
有機ＥＬ素子のフルカラー化も盛んに検討されており、白色発光層とカラーフィルターを用いる方式、青色発光層で発生する光を蛍光層でＲＧＢ３色に変換する方式、ＲＧＢそれぞれの蛍光特性を有する発光層を形成する方式（パラレル方式）がある。カラーフィルター、蛍光層が要らないため軽薄化が期待でき、カラーフィルター、蛍光層による輝度低下がないためパラレル方式がより優位である。しかしながら、ＲＧＢ３色の発光層を順次蒸着していくため、特にメタルマスクの寸法精度に対する要求は更に厳しいものとなっている。
【０００４】
従来のメタルマスク製造方法では、微細な蒸着層を形成するためにマスク材として薄い金属箔をフォトエッチング法により貫通孔を施した後に、蒸着時のハンドリング性、機械的強度を確保する目的で強固なフレームに貼り付けていた。この方法では貼り付けまでの操作でマスク自体に変形を起こす危険性は否めない。さらにフレームとの貼り付けの際に、微細な貫通孔を配した金属箔に均一なテンションを掛ける必要がある。テンションが均一でないと、パターン形状及びマスク全体に歪みを生じ、要求される寸法精度を満たすことが困難である。更にマスクパターンが変わると、その都度テンションの掛け方を最適化する必要がある。
【０００５】
フレームを必要とする従来のメタルマスクは、張り合わせ時の溶接バリの問題も有る。すなわち張り合わせはフレーム上で貫通孔を施したメタルマスクに均一なテンションを掛けた上、金属箔上よりレーザーあるいはスポット溶接で行われる。しかしながらこの溶接面と蒸着時の基板との密着面とが同一であるため、溶接バリが発生した場合、蒸着基板とマスクとのギャップを生じ、蒸着層に滲み込みを生じ、精度の良い発光層の形成が困難となってしまう問題があった。
【０００６】
金属箔の溶接面にあらかじめ溝を施し、溝内部でフレームとの溶接を行うことで、溶接バリによる密着不良をなくす試みは特許文献１で行われている。しかしながらこの方法では金属箔にエッチングにより溝を形成するか、あるいは機械加工を施す工程が別途必要となってくる。また金属薄膜に溝を形成することでマスク強度の低下を招き、均一なテンションをかけることも困難である。
【０００７】
さらに金属箔の強度を上げる目的で、金属箔マスク開口外周部の板厚を厚くする試みがなされている。特許文献２乃至３記載の方法は電鋳法によりマスクを形成した後に、新たにフォトレジストを塗布、パターニングし、外周部を更に電鋳法により厚膜化する方法である。この方法では二度の電鋳工程があり生産性が良いとは言い難い。また同文献記載のエッチング法による製造方法では、厚い金属板をエッチング法にて貫通孔を開けた後に、機械研磨でマスク開口部分を研磨薄膜化し、周縁部分を残す方法、あるいは１次エッチングにて貫通孔を施した後に、貫通孔周辺部分を露出するようにパターニングし、ドライエッチングにてハーフエッチングを施すことにより、貫通孔周辺を厚膜化することが行われている。前記方法では、機械研磨の際の応力で、マスクパターンの変形を招く危険性がある。更に狭ピッチ化が進むとエッチングによる貫通孔を開けることが困難となる。後記方法ではドライプロセスで行う必要性があり、量産に適しているとは言い難い。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００１−６９６１９
【特許文献２】
特開２００１−２３７０７１
【特許文献３】
特開２００１−２３７０７２
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする課題は、蒸着法を用いた微細パターン形成法において、基板と密着し所望の部分に蒸着物を析出させる目的で使用するメタルマスクを歩留まり良く、かつ寸法精度を高く製造する方法と、その方法により製造したメタルマスクを提供することである。すなわち本発明では、従来使われていたフレームを必要としないために、張り合わせ等の製造工程を簡略化すること、従来問題となっていた貼り付け時のテンションの不均一性による寸法誤差をなくすこと、更にマスク製造時に永久変形のおきにくいメタルマスクの製造方法及びメタルマスクを提供することを課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明はこの課題に鑑みなされたもので、請求項１は、金属板表面にフォトレジストを塗布後、露光、現像し、１次エッチングにて金属板の片面のみを部分的に薄膜化した後に、フォトレジストを剥離し、さらにフォトレジストを両面塗布し、１次エッチングにて薄膜化した金属部分内の表裏に所望のフォトマスクを用いて露光後、現像した後に、２次エッチングにより貫通孔を施すことを特徴とするメタルマスクの製造方法である。
【００１１】
すなわち、本発明によるメタルマスクでは、金属板のサイズにもよるが、製造時、有機ＥＬ蒸着時に永久変形を起こすことの無いほど十分な厚さの金属板を用いる。本発明者の詳細な研究の結果、０．５〜５ｍｍ厚の金属板を用いることが望ましい。金属板はエッチングできる材質であれば製造可能であるが、一般的には鉄、鉄系合金、ニッケル、ニッケル系合金、ステンレス鋼等を用いる。
【００１２】
請求項１においては、以下に例示すれば、所望するパターンの形成されたフォトマスクを用い、厚み１０μｍ程度のレジストパターンを形成する。１次エッチング工程で使用するレジストには、ナフトキノンアジド系やノボラック樹脂系のポジ型フォトレジストや重クロム酸系やポリケイ皮酸ビニル系や環化ゴムアジド系などのネガ型フォトレジストを用いることができる。もちろん１次エッチングから電着フォトレジストを使用しても良い。
【００１３】
液状フォトレジストのコーティングには、スピンコーター、ロールコーター、ディップコーターなど通常使用されるフォトレジストコート方法を用いる。ドライフイルムレジストを用いる場合にはラミネーターを用いる。また、印刷レジストをパターン印刷しても良い。
【００１４】
更に１次レジストを露光・現像する工程であるが、薄膜化する片面のみをパターニングする。パターニング部分は図１のＡに示すようにマスク有効部全体であっても良いし、図１のＢに示すように２次エッチングにて貫通孔を開ける周辺部分のみであってもよい。その後に塩化第二鉄液、硝酸系、クロム酸−硫酸系等のエッチング液にて所望の厚みまでエッチング後、更に１次レジストを剥離する。
【００１５】
続いて１次エッチングで平坦な金属表面を薄膜化した表面に２次エッチングに使用するフォトレジストをコーティングする場合、液体フォトレジストを使用する時には、薄膜化（ハーフエッチング孔）部にフォトレジスト液が溜まりやすく、均一な膜厚のフォトレジストを形成できない問題がある。またドライフイルムレジストはハーフエッチング面に上手く貼り付けることができない問題がある。
【００１６】
この問題を解決するため２次フォトレジストには、少なくとも電着フォトレジストを使用する必要がある。電着フォトレジストを用いた場合には、金属表面の凹凸に沿って均一な膜厚の電着フォトレジストを形成できるメリットがある。
【００１７】
ここで、２次エッチングに使用する電着フォトレジスト材には、ポジ型電着フォトレジストが望ましい。ネガ型電着フォトレジストでも使用できなくはないが、不具合が生じる。図２は、金属材料に対しネガ型電着フォトレジストを使用したときのエッチング工程を断面で示した部分説明図で、ハーフエッチング孔の表層部が逆テーパーになった状態を表したものである。図で、１次エッチング工程で形成されたハーフエッチング状金属材料２１１に、ネガ型電着レジスト２２１が塗布されている。金属材料２１１の表面には、ネガ型フォトマスク２３１が設置され、ネガ型フォトマスク２３１の上方から光が照射されている。ここでハーフエッチング孔の表層部が逆テーパーになったため、露光できないネガ型電着レジスト部分２２２が生じている。図に示すように１次エッチング量が多くハーフエッチング面の表層部が逆テーパー状になってしまうと（レジスト部分２２２）、２次フォトレジストにネガ型フォトレジストを使用した場合、ハーフエッチング面の表層部を露光することができないので、ポジ型フォトレジストを用いることが好ましい。
【００１８】
然るに本発明の請求項２では、２次エッチングで使用するフォトレジストが、ポジ型電着レジストであることを特徴とする請求項１記載のメタルマスクの製造方法としたものである。
【００１９】
電着法を用いた電着フォトレジストを金属表面に対して８μｍ程度の均一な膜厚でコーティングする。膜厚は材料自体の誘電率と電着条件により膜厚を制御できるが、サイドエッチングによって生成する庇の機械的強度の問題から２μｍ以上の膜厚が好ましく、高精細パターンを形成するには１０μｍ以下の膜厚が好ましい。続いて所望の膜厚に塗布した電着フォトレジストにマスクパターンを露光し現像を行う。
【００２０】
電着レジストを塗布した基板は、図３の３３１に示すように１次エッチングにより薄膜化したハーフエッチング孔底部と金属表面にギャップがある。したがってハーフエッチング孔底部とフォトマスクを密着させることができない。電着レジストを塗布したハーフエッチング孔底部に散乱光源露光装置用いてパターンを露光すると、所望のメタルマスクパターンを解像することは不可能となってしまう。
【００２１】
そこで本発明による請求項３は、薄膜化した金属部分内の表裏に所望のパターンを露光する際に、使用する光源が平行光であることを特徴とする請求項１記載のメタルマスクの製造方法としたものである。
【００２２】
更に本発明による請求項４は、薄膜化した金属部分内の表裏に所望のパターンを露光する際に、１次エッチングにて金属板上に施したハーフエッチング孔と、表裏のフォトマスク上に配した位置合わせ用マークを用いて金属板と表裏フォトマスクの位置合わせを行い、露光現像することを特徴とする請求項１ないし請求項３記載のメタルマスクの製造方法としたものである。
【００２３】
請求項４において以下に例示すれば、１次エッチング工程で使用したフォトレジストを熱アルカリ溶液にて溶解剥膜した後、ハーフエッチングによって薄膜化した金属表面に電着法を用いたポジ型フォトレジストを８μｍ程度の均一な膜厚でコーティングする。次いでプロキシミティ露光方法を用いて、１次エッチング工程でのハーフエッチング孔とアライメントを合わせて平行紫外線光にて露光し、現像する。位置合せを行わないと２次エッチングで貫通孔を施したときに表裏位置ずれを起こしてしまい、有機ＥＬ物質を均一に蒸着できないばかりでなく、蒸着用基板上に望みどおりの位置に蒸着することは不可能である。
【００２４】
続いて、ハーフエッチング孔底部に電着レジストを塗布・露光した金属板にアルカリ性水溶液をスプレーして現像し、２次エッチング処理を施す。２次エッチングで使用するエッチング液は塩化第二鉄、硝酸系、クロム酸−硫酸系エッチング液を用いても良い。貫通孔を開ける際は両面からスプレーエッチングを行っても良いし、片面づつエッチングし、貫通加工を行ってもよい。最後に熱アルカリ溶液にて電着レジストを剥離し、メタルマスクを完成させる。
【００２５】
さらに本発明の請求項５は、請求項１、２、３または４記載のメタルマスクの製造方法により製造されたメタルマスクである。
【００２６】
なお本発明は有機ＥＬ蒸着用メタルマスクについて説明しているが、蒸着用メタルマスクであればこれに限ったものではない。
【発明の実施の形態】
【００２７】
実施例１は、本発明によるフレームを必要としないメタルマスクの作成法の一例を示したものである。比較例１は、従来のフレームに貼り付ける方式のメタルマスク作成法の一例を示したものである。
【００２８】
＜実施例１＞
図４は、本発明の製造方法の工程を断面で示す部分説明図である。
幅×長さ×厚みが３４０ｍｍ×３４０ｍｍ×４ｍｍのＳＵＳ３０４材基板をアルカリ脱脂し、ポジ型フォトレジストのＰＭＥＲＰ−ＲＨ３００ＰＭ（東京応化工業製）を膜厚１０μｍで両面コーティングした（図４（Ａ））。次いで、６０ｍｍ×７０ｍｍの開孔された部分を縦３×横３、計９パターンを配したフォトマスク図５を介して１８０ｍＪ／ｃｍ^２の平行光を用いて露光する。マスク四隅には予め２次エッチングで使用する位置合わせマークを配置してある。露光後アルカリ水溶液のスプレー現像で、フォトマスクと同寸法のポジ型フォトレジストパターン（４２１）を形成した（図４（Ｂ））。
【００２９】
１次エッチング工程として、塩化第二鉄エッチング液を５０℃、０．３ＭＰａにてエッチング後のＳＵＳ材板厚が６０μｍ（サイドエッチ量で７３μｍ）になるまでスプレーエッチングし、水洗後６０℃、３ｗｔ％の苛性ソーダ水溶液に浸漬し、ポジ型フォトレジストパターンを剥膜する（図４（Ｃ））。
【００３０】
次いで、ポジ型電着フォトレジスト（４４０）の「ゾンネＥＤＵＶＰ−５００」（関西ペイント製）を膜厚８μｍでコーティングした（図４（Ｄ））。次いで５０ｍｍ×６０ｍｍの有効部分にライン／スペース＝４０／１４０μｍのスリットパターンを配したフォトマスク（４５１）を介して表裏より１５０ｍＪ／ｃｍ^２の平行光を用いてマスク表裏の位置合わせマーク、１次エッチングにて形成した位置合わせマークを用いてアライメント後露光した（図４（Ｅ））。然る後に１４０℃、１５ｍｉｎ熱処理後、３５℃、１ｗｔ％の炭酸ソーダ水溶液でスプレー現像した（図４（Ｆ））。
【００３１】
さらに２次エッチング工程として、塩化第二鉄エッチング液を５０℃、０．３ＭＰａにてスプレーエッチング後レジストを剥膜し、メタルマスク４７０を作成した（図４（Ｇ））。全収率は９８％であった。作成後のスリット形状には弛みもなく、良好な形状であった。
【００３２】
以上のようにして作成したメタルマスク４７０を自動寸法測定機にて寸法測定したところ、マスク有効面の位置精度は寸法公差で±３μｍ以内、スリット幅の寸法精度は±２μｍと小さいものであり、精度のよいメタルマスクを作成することができた。更に作成時に永久変形を起こしたものは存在しなかった。
【００３３】
＜比較例１＞
図７は、比較例の製造方法の工程を断面で示す部分説明図である。幅×長さ×厚みが３４０ｍｍ×３４０ｍｍ×６０μｍのＳＵＳ３０４材基板をアルカリ脱脂し、ポジ型フォトレジストのＰＭＥＲＰ−ＲＨ３００ＰＭ（東京応化工業製）を乾燥後膜厚１０μｍで両面コーティングした（図７（Ａ））。次いで５０ｍｍ×６０ｍｍの有効部にライン／スペース＝４０／１４０μｍのスリットパターンを配した表裏フォトマスク図６を介して１８０ｍＪ／ｃｍ^２の平行光を用いて露光する。このときのマスク表裏の位置合わせは、マスク４隅に配した位置合わせマークを用いてアライメント後露光した。然る後に専用現像液ＰＭＥＲ−Ｐ−１Ｓ（２５ｖｏｌ％）を用いて３０℃でスプレー現像した（図４（Ｂ））。
【００３４】
次に塩化第二鉄エッチング液を５０℃、０．３ＭＰａでエッチング処理し貫通孔を施した。水洗後６０℃、３ｗｔ％の苛性ソーダ水溶液に浸漬し、ポジ型フォトレジストパターンを剥膜した後にメタルマスク７３０を得た（図７（Ｃ））。
【００３５】
３４０ｍｍ×３４０ｍｍ×５ｍｍのＳＵＳ３０４材を切削加工にて図５のマスク形状と同様なフレーム（図５における光透過部５１０を切削したもの）を得る（図７（Ｅ））。こうして作成したフレームと、先のメタルマスクに均一なテンションを掛けながら、スポット径０．５ｍｍのレーザー溶接で溶接間隔１ｍｍとして有効部周辺を溶接して張り合わせを行った（図７（Ｆ））。作成したメタルマスクの中には永久変形を起こしたもの、フレーム貼り付け後にスリットの弛みがあるもの、更にレーザー溶接によるバリが高さ１０〜２０μｍで存在するものがあった。全収率は３０％（フレーム貼り付け後）と悪いものであった。
【００３６】
更に以上のようにして作成したメタルマスク７７０（図７（Ｇ））を自動寸法測定機にて寸法測定したところ、マスク有効面の寸法公差は±１５μｍ以内、スリット幅の寸法精度は±４３μｍと大きいものであった。
【発明の効果】
以上のように本発明によるメタルマスクの製造方法により、フレームの製造工程、貼り付け工程の簡略化を可能にした。更に、この方法によって貼り付け時のテンションの不均一性による寸法誤差も無く、寸法精度の良い蒸着用メタルマスクを歩留まり良く製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ａはマスク有効部分全体を薄膜化するときの１次エッチングパターニング形状を、Ｂは貫通孔周辺部分を薄膜化するときの１次エッチングパターニング形状を示す説明図である。
【図２】金属材料のネガ型電着フォトレジストを使用したときのエッチング工程を、断面で示した部分説明図である。
【図３】平行光源による電着レジストの露光工程を示す説明図である。
【図４】（Ａ）〜（Ｇ）は、本発明の実施例１の製造工程を断面で示す部分説明図である。
【図５】従来の１次レジスト露光用フォトマスク及びそのフレーム形状を示す説明図である。
【図６】電着レジスト露光用フォトマスクを示す説明図である。
【図７】（Ａ）〜（Ｇ）は、従来の技術によるメタルマスクの製造工程を順に示す説明図である。
【符号の説明】
１１１…１次エッチングパターニング後のフォトレジスト
１１２…金属材料
１１４…１次エッチングの加工断面形状
１１５…２次エッチングの貫通孔断面形状
２１１…１次エッチング工程で形成されたハーフエッチング状金属材料
２２１…ネガ型電着レジスト
２２２…露光できないネガ型電着レジスト部分
２３１…ネガ型フォトマスク
３１１…透過光（平行光）
３２１…ポジ型電着レジスト用フォトマスク
３２２…電着レジスト
３３１…２次エッチング用フォトマスクとハーフエッチング孔底部とのギャップ
４１０…金属材料
４１１…ポジ型フォトレジスト
４２１…現像後の１次エッチング用ポジ型レジスト
４２２…金属露出面
４３０…１次エッチング後の断面形状
４４０…ポジ型電着レジスト
４５１…２次エッチング用フォトマスク
４６１…現像後の電着レジスト断面形状
４６２…電着レジスト開口部
４７０…作成したメタルマスク
５１０…光透過部
５１１…光遮光部
６１０…マスク有効部（スリットパターン）
７１０…金属材料
７１１…ポジ型フォトレジスト
７２１…レジスト開口部
７２２…現像後のフォトレジスト形状
７３０…メタルマスク
７３１…貫通孔
７４０…フレーム材料
７５０…マスクフレーム
７６１…レーザー溶接部位
７７０…従来技術で作成したメタルマスク

Claims

金属板表面にフォトレジストを塗布後、露光、現像し、１次エッチングにて金属板の片面のみを部分的に薄膜化した後に、フォトレジストを剥離し、さらにフォトレジストを両面塗布し、１次エッチングにて薄膜化した金属部分内の表裏に所望のフォトマスクを用いて露光後、現像した後に、２次エッチングにより貫通孔を施すことを特徴とするメタルマスクの製造方法。
２次エッチングで使用するフォトレジストが、ポジ型電着レジストであることを特徴とする請求項１記載のメタルマスクの製造方法。
薄膜化した金属部分内の表裏に所望のパターンを露光する際に、使用する光源が平行光であることを特徴とする請求項１記載のメタルマスクの製造方法。
薄膜化した金属部分内の表裏に所望のパターンを露光する際に、１次エッチングにて金属板上に施したハーフエッチング孔と、表裏のフォトマスク上に配した位置合わせ用マークを用いて金属板と表裏フォトマスクの位置合わせを行い、露光現像することを特徴とする請求項１ないし請求項３記載のメタルマスクの製造方法。
請求項１、２、３または４記載のメタルマスクの製造方法により製造されたメタルマスク。