JP2004039628A

JP2004039628A - メタルマスク

Info

Publication number: JP2004039628A
Application number: JP2003158965A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Takatsuka; 高塚　弘幸
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2003-06-04
Filing date: 2003-06-04
Publication date: 2004-02-05

Abstract

【課題】有機ＥＬディスプレイ等の蒸着用メタルマスクとして、高精度なパターン成膜が可能なメタルマスクを提供する。
【解決手段】複数の貫通孔を有し、金属の複数層で形成されたメタルマスクであって、該メタルマスクは、開孔寸法を定める開孔形成層と、支持層との間に中間層を具備し、開孔形成層と支持層と中間層のうち、少なくとも何れか一層は、残りの層とはエッチング特性が異なるメタルマスクであり、好ましくは、前記中間層は乾式成膜層でなり、且つ開孔形成層と支持層とはエッチング特性が異なるメタルマスクである。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は有機ＥＬディスプレイ等の蒸着用メタルマスクとして、高精度なパターン成膜が可能なメタルマスクに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年の携帯情報機器に代表されるディスプレイ装置のフルカラー化、小型化、高精細化は急激な進展を遂げている。実用化が進んでいる低分子型有機ＥＬディスプレイの製造工程において、複数の貫通孔を有する蒸着マスクにより発光層等の微細パターンが形成されているが、上述のような高精細化のニーズに対応してメタルマスクは開孔パターンの小サイズ化、高精度化が要求されている。
メタルマスクは板状の金属に複数の貫通孔を設けたもので、基板前方に設置されたメタルマスクを介して、蒸着法等によって基板上に有機物、電極材料等を成膜することにより、開孔形状に対応したパターン成形が行われる。
【０００３】
このような複数の貫通孔を有するメタルマスクは、一般に次のような製造方法により製造される。
先ず、メタルマスクとなる金属板を用意し、金属板の表面に所望のパターンのフォトレジスト膜を形成した後エッチングすると、レジスト被覆されていない部分のみがエッチングされて貫通孔が形成される。
この時、エッチング液によるメタルマスク材の侵食の方向は単一方法にはならず、厚さ方向のみならず板の平面方向にも進行する。従って、エッチングにより形成される貫通孔は元のレジストパターンよりも開孔面積が大きくなるという問題を抱えている。
【０００４】
平面方向への侵食の程度は処理時間が大きな支配因子であるから、開孔形状を精度良く成形するためには、メタルマスクとなる金属板の厚さを薄くすることが最も有効な手段と考えられる。
しかし、メタルマスクとなる金属板の厚さを２０μｍ以下に設定すると、新たに次のような問題を生じる。
具体的には、蒸着材の付着堆積によりメタルマスクとなる金属板に対して付着蒸着材の重量が重くなりすぎ歪みが生じる。また熱容量が極めて小さくなるため熱膨張による歪みが、マスクの位置精度の悪化、蒸着の回り込みによるパターンの分離不足が発生させる等の問題がある。
また、メタルマスクを使用する際には、歪防止のため予め張力を負荷して使用するが、厚さ２０μｍ以下の薄いメタルマスクでは張力に対する伸び量が大きくなり、僅かな張力の不均一さが歪発生の要因となり、張力の調整が難しくなる。
以上のような問題を解決する手段として、薄い板材で開孔形成し、これを補強する方法がたとえば特開平１０−５０４７８号（特許文献１参照）に開示されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１０−５０４７８号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述の特開平１０−５０４７８号に記載されている方法は、部分的に補強金属線を設けて、薄い厚みのメタルマスクの撓みを防止するものであるが、この方法では補強金属線の影になる部分では、補強金属線が無い部分よりも蒸着材の付着量が少なくなり、膜の厚さが不均一になるという欠点があった。
本発明の目的は、有機ＥＬディスプレイ等の蒸着用メタルマスクとして、高精度なパターン成膜が可能なメタルマスクを提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、補強材として線材を用いない方法について鋭意検討してみた所、貫通孔形成する薄い板材と、補強のための板材の組合せが最適であり、更に、貫通孔形成する薄い板材と、補強のための板材別々にエッチングする方法についても検討した結果、メタルマスク用板材としてエッチング特性の異なる複数の板材の積層構造を採用することで、開孔形状の精度を向上し、尚且つメタルマスクの強度を大きく改善できることを見いだし本発明に到達した。
【０００８】
即ち本発明は、複数の貫通孔を有し、金属の複数層で形成されたメタルマスクであって、該メタルマスクは、開孔寸法を定める開孔形成層と、支持層との間に中間層を具備し、開孔形成層と支持層と中間層のうち、少なくとも何れか一層は、残りの層とはエッチング特性が異なるメタルマスクである。
好ましくは、前記中間層は乾式成膜層でなり、且つ開孔形成層と支持層とはエッチング特性が異なるメタルマスクである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
上述したように、本発明の重要な特徴はメタルマスク用板材として複数の金属の積層構造を採用したことにある。
以下に本発明を詳しく説明する。
先ず、本発明のメタルマスクの構造について、一例を記して説明する。
図１は、本発明のメタルマスクの断面構造の一例を示す概略図である。図１に示すメタルマスクは薄い開孔形成層（１）と、比較的厚い支持層（３）と、該開孔形成層（１）と支持層（３）との間に中間層（２）とからなる三層の金属層で形成される。
開孔形成層（１）と支持層（３）と中間層（２）にはエッチングによりこれら各層を貫く貫通孔（４）を形成することで、メタルマスクとすることができるものである。
【００１０】
本発明のメタルマスクの断面構造において重要な特徴のひとつは、メタルマスクを構成する全ての層が金属で構成されているため容易にエッチング加工でき、しかも開孔形成層側開孔部（４−ａ）と、支持層側開孔部（４−ｂ）とが別々のエッチングパターンでエッチングされており、双方の孔形状が異なることである。
つまり、開孔形成層側開孔部（４−ａ）は貫通孔部（４）において小径の貫通孔を形成し、厚みの薄い開孔形成層（１）に開孔形成層側開孔部（４−ａ）を設けることにより寸法精度の高い開孔寸法形成を可能にしている。
開孔形成層（１）の厚さは、開孔部をエッチングにより形成する際の平面方向への侵食を極力小さくするためになるべく薄い方がよく、少なくとも１０μｍ以下に設定することにより、貫通孔部（４）の寸法精度を±数μｍに抑えることが可能である。
次に、支持層（３）の厚さは強度上厚い方が好ましいが、あまり厚くすると蒸着の際に貫通孔部（４）に影をつくり、蒸着膜厚の不均一さを生じる。従って貫通孔部（４）の最小長さと同程度かそれ以下の１００〜３０μｍ程度に設定するのが適当である。
【００１１】
中間層（２）は次の二つの作用効果を奏する。
先ず、第一の作用効果として、開孔形成層（１）と支持層（３）とを接合するバインダーの役割を果たす効果、第二の作用効果として中間層を開孔形成層（１）と支持層（３）とはエッチング特性の異なる金属とすると、貫通孔部（４）をエッチングにより形成する際に、開孔形成層（１）側の開孔部（４−ａ）と支持層側開孔部（４−ｂ）とを別々にエッチングするためのバリアの役目も担っている。
中間層の作用効果は形成方法によって、第一、第二の作用効果を共に得ることもできるし、第二の作用効果のみの場合もあり、製造方法によって中間層の作用効果が異なってくる。
なお、本発明において、中間層以外は熱膨張特性の整合の必要があるため、薄い中間層をエッチング特性の異なるものとするのが良い。
【００１２】
三層構造のメタルマスク用積層板を製造する方法としては、▲１▼金属箔表面に金属を順次成膜する方法、▲２▼金属板同士を重ね合わせて接合し圧延で厚みを薄くする方法、▲３▼積層材を素材として二つの金属積層帯を巻き出して、被接合面にドライエッチを行って活性化面を形成して、低圧下率によるロール等で圧着する方法、▲４▼低圧雰囲気中で一対以上の金属箔の表面に第三の金属を付着形成した後、圧着ロールにて接合する方法等がある。
上記の▲１▼の方法で得られる三層構造のメタルマスクにおいては、中間層はエッチングするためのバリアの役目を奏することになり、▲２▼，▲３▼，▲４▼の方法で得られる三層構造のメタルマスクでは、エッチングバリアの役目と共に、バインダーの役目も奏することになる。
この中でも、上記▲４▼の方法である本願出願人の提案による２００１−１６２３８２号で示す低圧雰囲気中で一対以上の金属箔の表面に第三の金属を乾式成膜した後、圧着ロールにて接合する方法は最も生産性が高く、メッキよりも開孔形成層の面粗度がよいので、該メタルマスク用積層板の製造方法として適している。
また、乾式成膜層を付着形成することから、均一な厚みの中間層とすることもでき、特に好ましい。
【００１３】
また、本発明において、開孔形成層と支持層と中間層のうち、少なくとも何れか一層は、残りの層とはエッチング特性が異なるものであると、エッチング処理を選択的に行える。
上述した層のうち、開孔形成層及び支持層を構成する金属材料としては熱膨張による蒸着パターンずれ防止のため、熱膨張係数の小さい金属材料であれば用いることが可能である。中でも、入手のし易さや、エッチング特性を考慮すると、たとえばインバー合金、４２％Ｎｉ合金等のＦｅ−Ｎｉ系合金を用いるのが特に望ましい。また、ＣｒやＣｏを添加したスーパーインバー合金や、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ系合金の適用も可能である。
【００１４】
この時、開孔形成層と支持層に用いる金属材料を、それぞれ異なる金属や合金として、中間層を開孔形成層と支持層に用いる金属材料と同種とすると、開孔形成層と支持層を別々にエッチングできる。
また、開孔形成層（１）と支持層（３）とを同じ材質とし、中間層を異種金属とすると、開孔形成層と支持層とを同時にエッチング加工することもできるばかりか、中間層以外は熱膨張特性の整合の必要があるため、薄い中間層をエッチング特性の異なるものとするのが良く、望ましくは開孔形成層と支持層に用いる金属材料を同種の金属または合金として、中間層を異種の金属とすると良い。
【００１５】
本発明の中間層を構成する材料は、種々の金属の中から必要に応じて適宜選択する。例えば、上述のように開孔形成層及び支持層にＦｅ−Ｎｉ系合金とすると、Ｆｅ−Ｎｉ系合金と接着力が高く、しかもエッチング特性が異なるものが良いため、Ｔｉ，Ｓｎ，Ａｇ等の金属や、これらを主成分とする合金を用いるのが良い。
そして、中間層の厚さはエッチングバリアとして必要な厚さを確保できればよく、１μｍ程度の厚みがあれば十分である。
なお、中間層による開孔形成層及び支持層の接合において、より接合力を高めるため、拡散熱処理を組合せても良い。この時には、拡散層が新たに形成されるが、本発明ではこの拡散層も中間層として定義する。
【００１６】
【実施例】
以下に本発明を実施例及び図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明のメタルマスクの一例を示す概略図である。図１に示すメタルマスクは薄い開孔形成層（１）と、比較的厚い支持層（３）と、該開孔形成層（１）と支持層（３）との間に中間層（２）を具備する三層の金属層で形成される。
表１に本発明の一例として製作したメタルマスクの材質、厚さ寸法を示す。また図２にこの断面顕微鏡像を示す。図２の三層金属板はメタルマスクとなる素材の断面顕微鏡写真とその模式図であり、上側が厚み１０μｍのＦｅ−４２％Ｎｉ合金からなる開孔形成層（１）、下側が厚み９０μｍのＦｅ−４２％Ｎｉ合金からなる支持層（３）、中央の極めて薄い層が１μｍのＴｉでなる中間層（２）である。
【００１７】
このメタルマスクとなる素材の積層板を製造する方法としては、低圧雰囲気中で開孔形成層となるＦｅ−４２％Ｎｉ合金（１０μｍ）と、支持層であるＦｅ−４２％Ｎｉ合金（９０μｍ）の接合表面に純Ｔｉを乾式成膜（蒸着）した後、圧着ロールにて接合する方法を採用した。
また、接合前に各Ｆｅ−４２％Ｎｉ合金は接合強度向上のために塩酸による洗浄を行っている。なお、今回の実施例では塩酸による洗浄を行ったが、酸洗浄のほかに、低圧雰囲気中で処理可能なドライエッチング等の方法も有効である。
【００１８】
上述の方法で接合した三層金属板はそのままでは接合強度が若干弱く、引き剥がし試験では０．１ｋＮ／ｍ以下であったため、不活性ガス雰囲気中で拡散熱処理することにより、接合強度を強固なものとした。
熱処理後の引き剥がし試験では、開孔形成層である１０μｍ側Ｆｅ−４２％Ｎｉ合金が破断し引き剥がし不可能であった。なお、中間層のＴｉが各Ｆｅ−４２％Ｎｉ合金と拡散接合するための熱処理温度は４００℃以上であれば良い。
但し、６５０℃程度で熱処理するとＦｅ−４２％Ｎｉ合金の急激な軟化が起こるので、支持層材の強度を低下させることなく、且つ接合力を向上させるためには４００℃〜５００℃で熱処理するのがよい。
【００１９】
上記の三層金属板を用いて選択エッチングにより開孔部を形成し、図１に示すメタルマスクを作成した。開孔形成層及び支持層の開孔は各々別のエッチングパターンを使用した。エッチングパターンはデルタ配列とし、開孔形成層側開孔部の幅寸法は１００μｍとした。
エッチング液は開孔形成層及び支持層には塩化第二鉄を使用し、中間層のＴｉ層剥離には希フッ酸３％を使用した。
開孔部の寸法はいずれも１００μｍ±５μｍの範囲に収まっており、高精細ディスプレイ用途として寸法精度の高いメタルマスクを製作することができた。
【００２０】
【発明の効果】
本発明によればメタルマスクを用いた蒸着パターン精度を飛躍的に改善することができ、高精細有機ＥＬディスプレイの実用化にとって欠くことのできない技術となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一例を示す構成図である。
【図２】本発明のメタルマスク用三層金属板の断面顕微鏡写真とその模式図である。
【符号の説明】
１．開孔形成層、２．中間層、３．支持層、４．貫通孔部、４−ａ．開孔形成層側開孔部、４−ｂ．支持層側開孔部

Claims

複数の貫通孔を有し、金属の複数層で形成されたメタルマスクであって、該メタルマスクは、開孔寸法を定める開孔形成層と、支持層との間に中間層を具備し、開孔形成層と支持層と中間層のうち、少なくとも何れか一層は、残りの層とはエッチング特性が異なることを特徴とするメタルマスク。
中間層は乾式成膜層でなり、且つ開孔形成層と支持層とはエッチング特性が異なることを特徴とする請求項１に記載のメタルマスク。