JP2004183023A

JP2004183023A - Metal mask

Info

Publication number: JP2004183023A
Application number: JP2002349493A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Takatsuka; 弘幸高塚
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2002-12-02
Filing date: 2002-12-02
Publication date: 2004-07-02
Anticipated expiration: 2022-12-02
Also published as: JP3975439B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a metal mask which can form a highly precise pattern film when used as a metal mask for vapor deposition in manufacturing an organic EL display or the like. <P>SOLUTION: The metal mask comprises an aperture-forming layer for determining an aperture dimension, a supporting layer, and a bonding layer which is sandwiched by the above aperture forming layer and the supporting layer and has different etching characteristics from the above aperture-forming layer and the supporting layer, wherein the above aperture-forming layer and supporting layer are made from an Fe-Ni alloy comprising, by mass%, 30-55% Ni+Co, 0.01% or less C and the balance substantially Fe; and the Fe-Ni alloy used in the aperture-forming layer and supporting layer has preferably (200) so as to occupy 60-99% in the main orientations of (111), (200), (311) and (220). <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば有機ＥＬディスプレイ等の蒸着用メタルマスクとして、高精細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】
フルカラー有機ＥＬディスプレイなどのように、幅数１０μｍの高精細パターンを形成するためには、パターンの塗り分けに用いられるメタルマスクの精度向上が求められる。これらの要求項目として以下の３項目が挙げられる。
（Ａ）開孔幅が細く、寸法ばらつきが少ないこと。
（Ｂ）蒸着時の温度上昇による熱膨張が小さいこと。
（Ｃ）マスク断面形状が、蒸着の影になる部分が少なくなる形状であること。
【０００３】
要求項目（Ａ）について、メタルマスクをエッチングで形成する場合には、マスクの厚さと、材料のエッチング特性の影響が大きい。
即ち、メタルマスクの開孔は一般に、メタルマスクとなる金属箔を用意し、金属箔の表面に所望のパターンのフォトレジスト膜を形成後、エッチングすることにより形成される。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開孔はもともと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。そのため、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、開孔寸法を精度良く成形するためには、メタルマスク材の厚さを薄くすることが最も有効な手段と考えられる。
ここで言う開孔寸法とは、メタルマスクを用いてディスプレイ基板に形成する蒸着パターンを所望の形状寸法に制御するために、蒸着材粒子の入射角度等を考慮して調整したメタルマスクの開孔幅を言う。通常はメタルマスクの孔の最小開孔幅が、蒸着により形成されるパターンの寸法を決める主要因子であることから、最小開孔幅を所望の開孔寸法に近づけるようにエッチング条件の調整を行う。
【０００４】
しかし、メタルマスク材の厚さを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材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、蒸着の廻り込みによるパターンの分離不足を発生させる等の問題がある。
更に、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。
こ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）に開示されており、ここで開示される方法は薄い板材で開孔パターンを形成し、かつ補強金属線によりメタルマスクに必要な強度を得ることができるという点で優れたものである。
【０００５】
要求項目（Ｂ）についてはメタルマスクの材料に、熱膨張係数の小さいものを選定する必要がある。
即ち、メタルマスクを介してディスプレイ基板にパターン形成する際には、メタルマスクは表面に付着する熱い蒸着材からの熱伝導、及び蒸発源からの輻射熱を受けて加熱され、１００℃程度まで温度上昇する。メタルマスクの熱膨張により、パターン位置ずれを生じたり、メタルマスクにたるみが生じてディスプレイ基板との間に隙間ができ、蒸着材が廻り込むなどの問題を生じる。メタルマスクが大型になる程、またパターンが高精細になる程、かかる問題が深刻になることから、熱膨張係数を基板素材と同程度か、或いはそれ以下とする必要がある。
【０００６】
ディスプレイ基板素材としてはガラスが一般的であるので、メタルマスク材料をガラスの熱膨張係数に近似させるように、マスク材料として金属ではなくシリコンなどのセラミクス材料を用いる試みもなされている。
例えば特開昭６２−２９７４５７号（特許文献２参照）にはシリコン板をエッチングによりパターン開孔し蒸着マスクとする提案がなされている。また、特許第３０２４６４１号（特許文献３参照）にはディスプレイ基板と同一材料の薄い表面層と、比較的厚い支持層とを、パターン開孔の際のエッチングストッパーとなる材料からなるストッパ層を介して貼り合わせた構造を持つ蒸着マスクの提案がなされている。
【０００７】
要求項目（Ｃ）についてはメタルマスクの開孔断面形状の影響が大きい。
ディスプレイ基板の前面にメタルマスクを配置してパターン蒸着する場合、孔の入口が狭いと、蒸着材粒子が孔に入射する角度によっては、入口エッジ部分で蒸着材粒子が遮られ、ディスプレイ基板に形成される成膜パターンの寸法精度を悪化させる。蒸着材粒子は蒸着源から放射状に飛び出すため、蒸着源から遠い孔ほど、蒸着材粒子が孔に入射する角度が小さくなり、孔の入口部分の遮蔽の影響が大きくなる。
上述のように、孔の入口はできるだけ広く、ディスプレイ基板と接する出口部分は所望の寸法精度で開孔することが理想である。しかし、通常の金属箔を使用してエッチングでこのような断面形状を形成することは極めて困難である。一般にエッチングによって入口幅を大きくする場合はエッチング速度を早くする必要があるが、これは出口幅の寸法精度を悪化させることになる。
【０００８】
このような問題を解決する手段として、シリコン板からなる支持層と、所定の開孔断面形状を有するシリコン板からなる表面層と、支持層をエッチングにより開孔する際のエッチングストッパーとなるストッパ層を支持層と表面層の間に挿入した構成をとる蒸着マスクが、例えば上述した特許文献３の特許第３０２４６４１号等に開示されている。
【０００９】
【特許文献１】
特開平１０−５０４７８号公報
【特許文献２】
特開昭６２−２９７４５７号公報
【特許文献３】
特許第３０２４６４１号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
要求項目（Ａ）について、メタルマスクの開孔寸法を精度良く成形するためには、メタルマスク材の厚さを薄くすることが最も有効な手段であるが、上述の特開平１０−５０４７８に記載されている方法では、部分的に補強金属線を設けているため、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。
また、メタルマスク材料に４２Ｎｉ合金、インバー合金等のＦｅ−Ｎｉ系合金を使用する場合には、金属材料中に含有されたエッチング性を劣化させる元素によって開孔断面形状が不均一になり、形状精度が悪くなるという問題がある。従って、エッチング性に影響を及ぼす元素を特定の範囲内に制御する必要がある。
【００１１】
要求項目（Ｂ）について、熱膨張係数の小さい材料を使用する試みとしては、前述の特開昭６２−２９７４５７号、特許第３０２４６４１号等のシリコン板をエッチングによりパターン開孔し蒸着マスクとする提案がなされている。
しかしながら、５００ｍｍ角程度の大きさのシリコン板では、実用上ハンドリング可能な厚さは少なくとも５００μｍ以上必要であり、この程度の厚さではエッチング精度が極めて悪くなり、小型ディスプレイとして最低限必要とされる開孔幅７０μｍのパターンを開孔することは不可能である。また金属材料に比べ、シリコン板のエッチング速度は遅く、生産性に劣るという問題がある。
【００１２】
要求項目（Ｃ）について、前記特許第３０２４６４１号に記載の、シリコン板からなる支持層と表面層の間に、ストッパ層を挿入した構成をとる方法では、実用的なメタルマスクの大きさで極めて薄いシリコン板を取り扱うことは難しいことから、全体の厚さは５００μｍ以上必要となる。
この程度の厚さでは、たとえ表面層側に開孔幅７０μｍ以下のパターン開孔が可能であったとしても、前述の様に蒸着材粒子が孔の入口部分近傍で遮られるのを防止するためには、孔の入口を極めて広くする必要がある。このとき、隣り合う孔同士が孔の側壁部分で繋がらないためには、孔と孔の間隔を広くとる必要があり、高精細なパターンには不向きである。
本発明の目的は、上記の問題点に鑑みてなされたものであって、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。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、開孔形成する薄い板材と補強のための板材を別々にエッチングする方法について検討し、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金属箔の積層構造を採用することで、開孔寸法精度を向上し、なお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た。
そして、前記積層構造を構成する板材として、熱膨張係数が低く、薄い板材へ加工が可能なＦｅ−Ｎｉ系合金に着目し、当該Ｆｅ−Ｎｉ系合金のエッチング性を劣化させる元素量を特定の範囲内に制御することで開孔寸法を所望の寸法精度に収められることを見いだし本発明に到達した。
【００１４】
即ち本発明は、開孔寸法を定める開孔形成層と、支持層と、前記開孔形成層と支持層とに挟み込まれ、前記開孔形成層及び支持層とはエッチング特性の異なる接合層とを具備するメタルマスクであって、前記開孔形成層及び支持層は質量％でＮｉ＋Ｃｏ：３０〜５５％、Ｃ：０．０１％以下を含み、残部実質的にＦｅでなるＦｅ−Ｎｉ系合金であるメタルマスクである。
好ましくは、開孔形成層及び支持層に用いるＦｅ−Ｎｉ系合金は（１１１）、（２００）、（３１１）、（２２０）の主方位のうち（２００）が６０〜９９％であるメタルマスクである。
更に好ましくは、メタルマスクは、厚みが開孔寸法の２００％以下であり、且つ厚みに対する開孔形成層の比率が３０％以下であるメタルマスクである。
【００１５】
【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、メタルマスクとして開孔寸法を定める開孔形成層と、支持層と、接合層とを具備する積層構造を採用し、前記開孔形成層及び支持層はＦｅ−Ｎｉ系合金であって、当該Ｆｅ−Ｎｉ系合金のエッチング性に影響を及ぼす元素を特定の範囲内に調整したことである。
本発明によれば、例えば有機ＥＬディスプレイ等の高精細化、大型化に必要とされる、高精細なパターン開孔を有するメタルマスクを提供することができる。
以下に本発明を詳しく説明する。
【００１６】
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）を接合する接合層（２）とからなる３層の金属層で形成される。
開孔形成層（１）と支持層（３）と接合層（２）にはエッチングによりこれら各層を貫く貫通開孔（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。
【００１７】
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、開孔形成層側開孔部（４−ａ）と、支持層側開孔部（４−ｂ）とが別々のレジストパターンでエッチングされており、双方の開孔幅が異なることである。
即ち、図１に示すように、開孔形成層（１）には貫通開孔部（４）の中で最小の幅の開孔形成層側開孔部（４−ａ）を設け、また、支持層（３）には比較的大きな開孔幅を持つ支持層側開孔部（４−ｂ）を設けている。
【００１８】
開孔形成層（１）は、開孔寸法を定めるものである。上述のように、本発明によるメタルマスクは、開孔形成層に最小開孔幅を有する孔を形成し、この最小開孔幅がメタルマスクの開孔寸法となる。また、最小開孔幅が形成される位置が、ディスプレイ基板に近いほど、成膜パターンの塗り分けが明瞭にできることから、本発明のメタルマスクを用いてディスプレイ基板に蒸着する場合には、開孔形成層をディスプレイ基板に近い側に配置する。
接合層（２）は、開孔形成層（１）と支持層（３）とを接合するバインダの役割を果たすと同時に、貫通開孔部（４）をエッチングにより形成する際に、該開孔形成層（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。
支持層（３）は、薄い開孔形成層を支持する役割を担っている。また、該支持層はディスプレイ基板から遠い側に配置され、支持層側開孔部（４−ｂ）は蒸着材粒子が開孔部に入射する際の入口となる。本発明では開孔形成層と支持層を別々にエッチングすることが可能であるから、開孔形成層側の開孔幅に対して、支持層側の開孔幅を比較的大きくとることができる。従って蒸着材粒子が貫通開孔部に入射する際の入口の幅を大きくすることが可能で、入口エッジ部分の遮蔽の影響をきわめて少なくすることができる。
【００１９】
開孔形成層及び支持層の素材はＦｅ−Ｎｉ系合金を使用した。Ｆｅ−Ｎｉ系合金はガラスに近い熱膨張係数をもち、さらに主なＦｅ−Ｎｉ系合金は磁性材料であるから、メタルマスクを基板に密着させるために磁力を用いることもできる。開孔形成層及び支持層に使用するＦｅ−Ｎｉ系合金は、熱膨張係数の調整ならびにエッチング性を劣化させる元素の調整のために、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃの成分を特定の範囲に限定した。以下に成分の規定理由を述べる。
Ｎｉ及びＣｏはともに熱膨張係数を調整する重要な元素であり、メタルマスクでは、ガラス基板に近似する熱膨張が要求されるため、ガラス基板を使う場合は熱膨張係数を１０×１０^−６／℃以下に制御可能なようにＮｉとＣｏの含有量で調整することが好ましい。
Ｎｉ＋Ｃｏが質量で３０％より少なくても、また５５％より多くても熱膨張係数が極端に大きくなってしまう。従って、Ｎｉ＋Ｃｏを３０〜５５％に規定した。なお、この範囲の組成を有するものとして、例えば３６％Ｎｉ−Ｆｅ合金、４２％Ｎｉ−Ｆｅ合金、５０Ｎｉ−Ｆｅ合金や、２９％Ｎｉ−１７％Ｃｏ−Ｆｅ合金、３１％Ｎｉ−５％Ｃｏ−Ｆｅ合金が代表的であり、例えば使用するガラス基板の熱膨張係数に近似する熱膨張係数を有する合金に調整することが重要である。
【００２０】
Ｃはエッチング速度に大きな影響を及ぼす元素であり、少ないほどエッチング速度が速くなる。この効果を得るにはＣを質量％で０．０１％以下にすることが必要である。
また、低Ｃにすることによるエッチング性向上の効果を十分に発揮させるための好ましい範囲は０．００６％以下であり、更に好ましくは０．００４％以下である。
なお、本発明では上述のＮｉ、Ｃｏ、Ｃ以外の元素は残部実質的にＦｅと規定しているが、不可避的に含有される不純物元素は含有され得るし、例えば、幾らかの剛性を付与したい場合には、例えばＴｉやＮｂ等の強化元素を合計で１質量％程度含有しても良い。
【００２１】
次に、本発明に用いるＦｅ−Ｎｉ系合金の結晶方位を特定の方位に調整することで、更にエッチング性を向上させることができる。
エッチング速度は結晶面ごとに大きく異なるため、孔の異形状化を抑制するためには、特定の結晶面への集積度を高めることが有効である。本発明の開孔形成層並びに、支持層に使用するＦｅ−Ｎｉ系合金では、（１１１）、（２００）、（３１１）、（２２０）の主方位のうち、エッチング速度に影響を及ぼす（２００）方位への集積度が特に有効であり、この結晶面に優先的に結晶面を配向させることで、エッチング速度の向上が図れる。
（２００）方位の配向度が低いとその効果は小さくなり、少なくとも６０％以上とすると良く、好ましくは８０％以上である。しかしあまり高くすると孔の異形化が顕著になることから９９％以下が望ましい。
【００２２】
メタルマスクの厚みはハンドリング性の点では厚い方が好ましいが、あまり厚くすると蒸着の際に貫通開孔部（４）の入口部分近傍が影となり、蒸着材粒子を遮蔽するため、基板に形成される蒸着膜の寸法精度を悪化させる。したがってメタルマスクの厚みは、貫通開孔部（４）の最小幅と孔のピッチ、入口部分の幅によって適正な厚さを設定することが有効である。
【００２３】
隣り合う孔と孔の間の、エッチングされない部分の最大幅は、例えば有機ＥＬ用メタルマスクの場合だと、３色塗り分け用のマスクであることから、開孔寸法の２．５倍程度となる。すなわち開孔寸法が細かくなるに従って孔のピッチも小さくなる。孔の入口部分の幅は、上述のように蒸着材粒子の入射角度により遮蔽の影響が起こらないように設定するが、幅を大きくすると、隣合う孔同士が孔の側壁で繋がってしまう。実用的な入射角度を確保し、孔同士が繋がらないためには、開孔寸法および、孔のピッチに応じてメタルマスクの厚みを適切に調整することが好ましい。
【００２４】
ディスプレイ基板に形成するパターンと、メタルマスクの厚みとの関係について検討した結果、マスクの厚みを開孔寸法の２００％より大きくとると、孔の入口部分の幅が大きくなり、それに伴って入口側の面をエッチングする際に残す部分の幅は極めて細くなるため、レジストパターンの露光が難しくなることが分かった。則ち、隣り合う孔同士が繋がらず、レジストパターンの露光を容易ならしめるためには、マスクの厚みを開孔寸法の２００％以下とすることが好ましい。
上述のように、メタルマスクの厚みは、基板に形成するパターン幅によって適正な厚さを設定すると良く、パターンが微細になるほど、細く、寸法精度の高い開孔寸法を形成するメタルマスクが必要であるから、メタルマスクの厚みを薄くし、なお且つ寸法精度向上のために開孔形成層（１）の厚さもこれに伴って薄くすることが好ましい。
【００２５】
エッチングにより金属箔に開孔する場合、一般に開孔寸法精度は金属箔の厚さの２０％程度である。本発明によるメタルマスクでは開孔形成層の厚さが開孔寸法精度を決定する主要な因子であるから、マスクの厚みに対して開孔形成層の厚さを３０％以下にすることにより、開孔寸法精度を、マスクの厚みに対しては６％以下にすることができる。前述のように本発明によるメタルマスクの厚さは開孔寸法の２００％以下であるから、開孔寸法の精度は、当該開孔寸法の１２％以下にすることができる。
【００２６】
上述したメタルマスク用積層板を製造する方法としては、大気中で複数の金属箔を圧着接合する方法、金属箔表面にメッキにより金属を成膜する方法、低圧雰囲気中で金属箔表面に活性化処理を行い複数の金属箔を圧着接合する方法、低圧雰囲気中で開孔形成層となる金属箔と、支持層となる金属箔の表面に接合層となる第３の金属を蒸着した後、圧着ロールにて接合する方法等がある。
何れかの方法を選択すれば良いが、低圧雰囲気中で開孔形成層となる金属箔と、支持層となる金属箔の表面に第３の金属を蒸着したのち圧着ロールにて接合する方法は生産性が高く、メッキよりも開孔形成層（１）の面粗度がよいので、メタルマスク用積層板の製造方法として適している。この場合の構造は、金属箔／蒸着層／金属箔の構造となる。
【００２７】
接合層（２）を構成する材料は、開孔形成層（１）及び支持層（３）に用いたＦｅ−Ｎｉ系合金とエッチング特性の異なる材質から選べば良く、Ｔｉ、Ｓｎ、Ａｇ等の使用が好ましい。
接合層の厚さは一般に接合層が厚い方がエッチングバリア性が高く、接合強度も強いが、あまり厚くすると高温時に熱膨張係数の違いによりメタルマスクが反って基板との間に隙間を生じる。従って、十分なエッチングバリア性を持ち、且つ接合強度を確保できる厚さとして、２〜０．３μｍ程度が好ましい。
なお、ここで一例として示した図１のメタルマスクは３層の金属箔であるが、もちろん４層以上であっても良い。４層以上の例としては、開孔形成層、支持層、接合層のうち１つ以上の層の接合表面に防錆効果のあるコーティング層を設けたり、各層間の接合が弱い時に接合を補助する効果のある素材をコーティングした層を設ける場合等が挙げられる。開孔形成層と支持層以外の層を厚くすると、上述のような反りの原因となるので、厚さをこれらの層と接合層とを含め２μｍ程度以下に設定するのが良い。
【００２８】
【実施例】
以下に本発明を実施例および図面に基づいて詳細に説明する。
開孔形成層及び支持層には、質量％でＣ：０．００６％−Ｎｉ：４２％−残部ＦｅのＦｅ−Ｎｉ系合金を使用した。このＦｅ−Ｎｉ系合金は、真空溶解、鍛造により作製し、厚さ２ｍｍになるように熱間圧延した。更に、この材料を冷間圧延、中間焼鈍を数回施し、表１に示す厚さと（２００）結晶方位配向度を持つ１〜４の素材を作製した。
なお、素材番号１及び２は、（１１１）、（２００）、（３１１）、（２２０）の主方位のうち、（２００）結晶方位の配向度を６０〜９９％に制御するために、中間の冷間圧延の圧下率を７５％とし、その後８５０℃、１分で焼鈍し、最終的な厚さ寸法になるよう圧延した。
また、（１１１）、（２００）、（３１１）、（２２０）の主方位のうち、（２００）配向度を下げた素材３及び４を作製した。これは中間の冷間圧延の圧下率を５０％程度とし、上述の素材番号１，２と同様の条件で焼鈍し、最終的な厚さ寸法になるよう圧延した。
【００２９】
【表１】

【００３０】
上記の素材１〜４を用いて、試料Ａ、Ｂを作製した。試料Ａは（２００）配向度を６０％以上とした素材１，２を使用し、それぞれ開孔形成層、支持層としてＴｉ接合層を介して接合し、積層金属箔を作製した。また試料Ｂは素材３，４を使用し、同様に接合して積層金属箔とした。
この時の断面顕微鏡写真とその模式図を図２に示す。開孔形成層（１）と、支持層（３）と、開孔形成層と支持層とに挟み込まれるのが接合層（２）である。
積層金属箔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−Ｎｉ系合金箔（１０μｍ）と、支持層であるＦｅ−Ｎｉ系合金箔（９０μｍ）の接合表面に純Ｔｉを蒸着した後、圧着ロールにて接合する方法を採用した。
今回は接合強度向上のために、接合前に各Ｆｅ−Ｎｉ系合金箔を塩酸で洗浄したが、この他に、低圧雰囲気中で処理可能なドライエッチングする方法や、水素ガスの還元雰囲気で熱処理する方法等も有効である。
接合層の厚みは、必要な接合強度と、エッチングバリア性に応じて適正な厚みに設定すればよい。今回は接合層となるＴｉの厚みが１μｍになるように、Ｔｉ蒸着の出力及びＦｅ−Ｎｉ系合金箔の送り速度を調整した。
【００３１】
上述の方法で接合した３層積層金属箔はそのままでは接合強度が弱く、引き剥がし試験では０．１ｋＮ／ｍ以下であった。
そこで低圧雰囲気中で蒸着接合した後、不活性ガス雰囲気中で熱処理することにより、接合強度を強固なものとすることができた。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−Ｎｉ系合金箔が破断し、引き剥がし不可能であった。
なお、金属積層箔が強固に接合するための熱処理温度は４００℃以上であった。また６５０℃程度で熱処理するとＦｅ−Ｎｉ系合金箔の急激な軟化が起こるので、Ｆｅ−Ｎｉ系合金箔の硬度を下げたくない場合は４００℃〜５００℃で熱処理するのがよい。
また５５０℃以上で熱処理するとＦｅ−Ｎｉ系合金箔側から接合層のＴｉ側への拡散が進み、界面に拡散層が生成されるとともに、拡散層内部に拡散速度の違いによるカーケンダルボイドが発生し、これが接合強度を弱める事になるので、本実施例の試料は熱処理温度を５００℃に設定した。
なお、熱処理後の配向度も表１で示すものと変化はなかった。
【００３２】
そして、上記の３層積層金属箔を用いて選択エッチングにより開孔部を形成し、メタルマスクを作製した。
エッチングパターンはスリット状パターンとした。開孔寸法精度を評価するために、目標開孔寸法１００μｍと、７０μｍの２種類のスリット幅の試料を作成した。
露光したレジストパターンは、開孔形成層用、および支持層用にそれぞれ別のものを用意した。開孔形成層側のレジストパターンは、エッチング後に開孔寸法が上述の目標値になるようにパターン幅を調整した。支持層側のパターン幅は、開孔形成層側のパターン幅の２倍とした。各層にそれぞれのレジストパターンを形成した後、エッチングにより開孔した。
エッチング液は開孔形成層および、支持層には塩化第二鉄を使用し、Ｔｉ層剥離には希フッ酸３％を使用した。ほかにＴｉ層を剥離する薬品としては一水素二フッ化アンモニウムを含むものも使用可能である。
【００３３】
前述のように試料の厚み構成については、開孔形成層の厚みを１０μｍ、支持層の厚みを９０μｍ、接合層の厚みを１μｍとし、メタルマスクの厚みを１０１μｍとした。
従って開孔寸法に対するメタルマスクの厚みは、開孔寸法１００μｍに対して１０１％、開孔寸法７０μｍに対して１４４％とした。いずれの場合もマスクの厚みは、本発明が提唱する開孔形成層側の開孔寸法の２００％以下である。
また、厚みに対する開孔形成層の比率は試料Ａ，Ｂともに１０％で、本発明が提唱する３０％以下である。
【００３４】
作製した試料Ａ、Ｂについて、開孔寸法の平均値と、そのばらつきを評価した。また開孔形成層、支持層それぞれの開孔断面形状を顕微鏡観察し、各層の上端の開孔幅と下端の開孔幅との差が、各層の厚さの４０％未満のものを◎、４０％以上８０％未満のものを○、８０％以上のものを×とした。これらの結果を表２に示す。
【００３５】
【表２】

【００３６】
製作した試料の開孔寸法は、いずれも目標の開孔寸法からのずれが３μｍ以下で、且つ寸法のばらつきも±３μｍ以下に収まっており、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。
また、本発明の（２００）配向度を６０％以上とした試料Ａは開孔寸法のばらつきが±２μｍ以下であり、極め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。さらに試料Ａは、各層の上端の開孔幅と下端の開孔幅との差が試料Ｂよりも小さく、厚さ方向に、より均一な開孔幅を持つ孔を形成することができた。試料Ａの開孔寸法のばらつきが試料Ｂよりも小さかったのは、この開孔幅の均一さの影響が大きい。
【００３７】
【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に用いる積層板材一例を示す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．接合層、３．支持層、４．貫通開孔部、４−ａ．開孔形成層側開孔部、４−ｂ．支持層側開孔部[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a metal mask capable of forming a high-definition pattern as a metal mask for vapor deposition of an organic EL display or the like.
[0002]
[Prior art]
In order to form a high-definition pattern having a width of several tens of μm as in a full-color organic EL display or the like, it is required to improve the accuracy of a metal mask used for pattern separation. These required items include the following three items.
(A) The opening width is small and dimensional variation is small.
(B) Small thermal expansion due to temperature rise during vapor deposition.
(C) The cross-sectional shape of the mask should be such that the shadowed portion of vapor deposition is reduced.
[0003]
Regarding the requirement (A), when a metal mask is formed by etching, the influence of the thickness of the mask and the etching characteristics of the material are large.
That is, the opening of the metal mask is generally formed by preparing a metal foil serving as a metal mask, forming a photoresist film having a desired pattern on the surface of the metal foil, and then etching the metal foil. At this time, the direction of erosion of the metal mask material by the etching solution is not a single method, but proceeds not only in the thickness direction but also in the plane direction of the plate.
Therefore, there is a problem that the opening area formed by etching has a larger opening area than the original resist pattern. Therefore, the degree of erosion in the plane direction is a major controlling factor for the processing time, and it is considered that reducing the thickness of the metal mask material is the most effective means for accurately forming the opening size. .
Here, the aperture size is the aperture of the metal mask adjusted in consideration of the incident angle of the vapor deposition material particles in order to control the vapor deposition pattern formed on the display substrate using the metal mask to a desired shape and size. Say the width. Usually, the minimum opening width of the hole of the metal mask is a main factor that determines the size of the pattern formed by vapor deposition, and therefore, the etching conditions are adjusted so that the minimum opening width approaches the desired opening size. .
[0004]
However, if the thickness of the metal mask material is set to 20 μm or less, the following new problem occurs. Specifically, due to the deposition of the vapor deposition material, the weight of the vapor deposition material becomes excessively large with respect to the metal mask material, causing distortion. In addition, since the heat capacity is extremely small, there is a problem that distortion due to thermal expansion deteriorates the positional accuracy of the mask and causes insufficient pattern separation due to the wraparound of vapor deposition.
Furthermore, when using a metal mask, a tension is applied in advance to prevent distortion. However, a thin metal mask having a thickness of 20 μm or less has a large elongation with respect to the tension, and a slight unevenness of the tension is reduced. This causes distortion and makes it difficult to adjust the tension.
As a means for solving such a problem, a method of forming an opening with a thin plate material and reinforcing the opening is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-50478 (see Patent Document 1). This is excellent in that an opening pattern is formed by a thin plate material, and the strength required for the metal mask can be obtained by the reinforcing metal wire.
[0005]
For the requirement item (B), it is necessary to select a metal mask having a small coefficient of thermal expansion as a material.
That is, when a pattern is formed on a display substrate via a metal mask, the metal mask is heated by receiving heat conduction from a hot vapor deposition material attached to the surface and radiant heat from an evaporation source, and the temperature rises to about 100 ° C. I do. Due to the thermal expansion of the metal mask, pattern misalignment occurs, or the metal mask sags, creating a gap between the metal mask and the display substrate, causing problems such as the evaporation material wrapping around. As the metal mask becomes larger and the pattern becomes finer, such a problem becomes more serious. Therefore, it is necessary to make the thermal expansion coefficient equal to or less than that of the substrate material.
[0006]
Since glass is generally used as a display substrate material, attempts have been made to use a ceramic material such as silicon instead of metal as a mask material so that the metal mask material approximates the thermal expansion coefficient of glass.
For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-297457 (refer to Patent Document 2) proposes that a silicon plate is pattern-opened by etching and used as an evaporation mask. In Japanese Patent No. 3024641 (see Patent Document 3), a thin surface layer made of the same material as a display substrate and a relatively thick support layer are interposed via a stopper layer made of a material serving as an etching stopper at the time of pattern opening. There has been proposed a deposition mask having a structure in which the substrates are bonded together.
[0007]
Regarding the required item (C), the effect of the cross-sectional shape of the opening of the metal mask is large.
When a metal mask is placed on the front of the display substrate and pattern evaporation is performed, if the entrance of the hole is narrow, the vapor deposition material particles are blocked at the entrance edge depending on the angle at which the vapor deposition material particles enter the hole, and formed on the display substrate. The dimensional accuracy of the formed film pattern is deteriorated. Since the vapor deposition material particles radiate from the vapor deposition source radially, the angle of the vapor material particles incident on the hole becomes smaller as the hole is farther from the vapor deposition source, and the influence of shielding the entrance portion of the hole becomes larger.
As described above, the entrance of the hole is as wide as possible, and the exit portion in contact with the display substrate is ideally opened with desired dimensional accuracy. However, it is extremely difficult to form such a cross-sectional shape by etching using a normal metal foil. Generally, when the entrance width is increased by etching, it is necessary to increase the etching rate, but this deteriorates the dimensional accuracy of the exit width.
[0008]
As means for solving such a problem, a support layer made of a silicon plate, a surface layer made of a silicon plate having a predetermined opening sectional shape, and a stopper layer serving as an etching stopper when opening the support layer by etching Is disposed between the support layer and the surface layer, for example, disclosed in Japanese Patent No. 3024641 of Patent Document 3 mentioned above.
[0009]
[Patent Document 1]
JP-A-10-50478
[Patent Document 2]
JP-A-62-297457
[Patent Document 3]
Japanese Patent No. 3024641
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
Regarding the required item (A), in order to accurately form the opening size of the metal mask, it is the most effective means to reduce the thickness of the metal mask material, which is described in JP-A-10-50478 described above. In the method that is provided, the reinforcing metal wire is partially provided, so that the shadow of the reinforcing metal wire has a smaller amount of deposition material attached than the portion without the reinforcing metal wire, and the thickness of the film is reduced. There was a disadvantage that it became uneven.
In addition, when an Fe—Ni alloy such as a 42Ni alloy or an invar alloy is used as the metal mask material, the cross-sectional shape of the opening becomes non-uniform due to an element that deteriorates the etching property contained in the metal material, and There is a problem that accuracy is deteriorated. Therefore, it is necessary to control the elements that affect the etching properties within a specific range.
[0011]
Regarding requirement item (B), as an attempt to use a material having a small coefficient of thermal expansion, there is proposed a method of forming a pattern hole by etching a silicon plate as described in JP-A-62-297457 and Japanese Patent No. 3024641 to form an evaporation mask. Has been made.
However, in the case of a silicon plate having a size of about 500 mm square, the thickness that can be handled practically needs to be at least 500 μm or more. At such a thickness, the etching accuracy is extremely poor, and the minimum is required as a small display. It is impossible to open a pattern having an opening width of 70 μm. Further, there is a problem that the etching rate of the silicon plate is lower than that of the metal material, and the productivity is poor.
[0012]
Regarding the requirement item (C), in the method described in the aforementioned Japanese Patent No. 3024641, in which a stopper layer is inserted between a support layer made of a silicon plate and a surface layer, the size of a practical metal mask is extremely large. Since it is difficult to handle a thin silicon plate, the entire thickness needs to be 500 μm or more.
With such a thickness, even if a pattern opening having an opening width of 70 μm or less is possible on the surface layer side, as described above, it is necessary to prevent the vapor deposition material particles from being blocked near the entrance of the hole. Requires a very wide hole entrance. At this time, in order to prevent adjacent holes from being connected with each other at the side wall portions of the holes, it is necessary to increase the interval between the holes, which is not suitable for a high-definition pattern.
An object of the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a metal mask capable of forming a highly accurate pattern as a metal mask for vapor deposition of an organic EL display or the like.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
The present inventor has studied a method of separately etching a thin plate material for forming an opening and a plate material for reinforcement, and adopting a laminated structure of a plurality of metal foils having different etching characteristics as a metal mask plate material. It has been found that the hole dimensional accuracy can be improved and the strength of the metal mask can be greatly improved.
Focusing on a Fe-Ni alloy having a low coefficient of thermal expansion that can be processed into a thin plate as a plate material constituting the laminated structure, the amount of an element that deteriorates the etching property of the Fe-Ni alloy is specified. It has been found that the aperture size can be controlled to a desired dimensional accuracy by controlling within the range, and the present invention has been achieved.
[0014]
That is, the present invention provides an opening forming layer that determines the opening size, a support layer, and a bonding layer that is sandwiched between the opening forming layer and the supporting layer, and the opening forming layer and the supporting layer have different etching characteristics. Wherein the opening forming layer and the supporting layer contain 30% to 55% by mass of Ni + Co and 0.01% or less of C, and the balance is substantially Fe. Is a metal mask.
Preferably, the Fe-Ni-based alloy used for the hole forming layer and the support layer is a metal mask in which (200) of the main orientations of (111), (200), (311), and (220) is 60 to 99%. It is.
More preferably, the metal mask is a metal mask having a thickness of 200% or less of the opening size and a ratio of the opening forming layer to the thickness of 30% or less.
[0015]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
As described above, an important feature of the present invention is that a metal mask employs a laminated structure including an aperture forming layer that defines an aperture size, a support layer, and a bonding layer. The layer is an Fe-Ni-based alloy, in which elements affecting the etching properties of the Fe-Ni-based alloy are adjusted to a specific range.
According to the present invention, it is possible to provide a metal mask having high-definition pattern openings, which is required for high-definition and large-sized organic EL displays, for example.
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
[0016]
First, the structure of the metal mask of the present invention will be described with an example.
FIG. 1 is a schematic view showing an example of a cross-sectional structure of the metal mask of the present invention. The metal mask shown in FIG. 1 includes a thin hole forming layer (1), a relatively thick support layer (3), and a bonding layer (2) for bonding the hole forming layer (1) and the support layer (3). Formed of three metal layers.
A metal mask can be formed by forming through-holes (4) penetrating these layers in the opening forming layer (1), the support layer (3), and the bonding layer (2) by etching.
[0017]
One of the important features in the cross-sectional structure of the metal mask of the present invention is that the opening (4-a) on the opening forming layer side and the opening (4-b) on the support layer side are etched by different resist patterns. And that the opening widths of both are different.
That is, as shown in FIG. 1, the opening forming layer (1) is provided with an opening forming layer side opening (4-a) having the smallest width among the through-opening openings (4). The support layer (3) is provided with a support layer side opening (4-b) having a relatively large opening width.
[0018]
The aperture forming layer (1) determines the aperture size. As described above, in the metal mask according to the present invention, a hole having a minimum opening width is formed in the opening forming layer, and this minimum opening width is the opening size of the metal mask. Further, the closer to the position where the minimum opening width is formed, the closer to the display substrate, the more distinctly the film formation pattern can be applied. The forming layer is arranged on the side close to the display substrate.
The bonding layer (2) serves as a binder for bonding the hole forming layer (1) and the support layer (3), and simultaneously forms the through holes (4) when forming the through holes (4) by etching. The openings (4-a) on the formation layer (1) side and the openings (4-b) on the support layer side also serve as barriers for separately etching.
The support layer (3) has a role of supporting the thin hole forming layer. Further, the support layer is disposed on a side far from the display substrate, and the support layer side opening (4-b) serves as an entrance when vapor deposition material particles enter the opening. In the present invention, since the hole forming layer and the support layer can be separately etched, the hole width on the support layer side can be relatively large with respect to the hole width on the hole forming layer side. . Therefore, the width of the entrance when the vapor deposition material particles enter the through-hole can be increased, and the influence of the shielding at the entrance edge can be extremely reduced.
[0019]
The Fe-Ni-based alloy was used as the material of the hole forming layer and the support layer. Since the Fe-Ni-based alloy has a thermal expansion coefficient close to that of glass and the main Fe-Ni-based alloy is a magnetic material, a magnetic force can be used to bring the metal mask into close contact with the substrate. In the Fe—Ni-based alloy used for the hole forming layer and the support layer, the components of Ni, Co, and C were limited to specific ranges in order to adjust the thermal expansion coefficient and to adjust elements that deteriorate the etching property. The reasons for defining the components are described below.
Both Ni and Co are important elements for adjusting the coefficient of thermal expansion. In a metal mask, thermal expansion close to that of a glass substrate is required. ^-6 It is preferable to adjust the content of Ni and Co so as to be controllable at or below / ° C.
Even if the mass of Ni + Co is less than 30% or more than 55%, the thermal expansion coefficient becomes extremely large. Therefore, Ni + Co is specified to be 30 to 55%. As a material having a composition in this range, for example, a 36% Ni-Fe alloy, a 42% Ni-Fe alloy, a 50Ni-Fe alloy, a 29% Ni-17% Co-Fe alloy, a 31% Ni-5% Co -Fe alloy is typical, and for example, it is important to adjust to an alloy having a thermal expansion coefficient close to that of a glass substrate to be used.
[0020]
C is an element that has a large effect on the etching rate, and the smaller the amount, the higher the etching rate. In order to obtain this effect, it is necessary to set C to 0.01% or less by mass%.
Further, the preferable range for sufficiently exhibiting the effect of improving the etching property by lowering the C content is 0.006% or less, more preferably 0.004% or less.
In the present invention, elements other than Ni, Co, and C described above are substantially defined as Fe. However, impurity elements that are inevitably contained may be contained, and for example, some rigidity may be imparted. If desired, a total of about 1% by mass of reinforcing elements such as Ti and Nb may be contained.
[0021]
Next, by adjusting the crystal orientation of the Fe—Ni-based alloy used in the present invention to a specific orientation, the etching property can be further improved.
Since the etching rate greatly varies from crystal plane to crystal plane, it is effective to increase the degree of integration on a specific crystal plane in order to suppress the irregular formation of holes. In the Fe-Ni-based alloy used for the hole forming layer and the support layer of the present invention, the (200), (311), and (220) main orientations that affect the etching rate (200). (2) The degree of integration in the direction is particularly effective. By preferentially orienting the crystal plane to this crystal plane, the etching rate can be improved.
When the degree of orientation of the (200) orientation is low, the effect is reduced, and the effect is preferably at least 60% or more, and more preferably 80% or more. However, if the height is too high, deformation of the pores becomes remarkable, so that 99% or less is desirable.
[0022]
The thickness of the metal mask is preferably thicker in terms of handleability. However, when the metal mask is too thick, the vicinity of the entrance of the through hole (4) becomes a shadow at the time of vapor deposition, and the metal mask is formed on the substrate to shield the vapor deposition material particles. The dimensional accuracy of the deposited film deteriorates. Therefore, it is effective to set an appropriate thickness of the metal mask according to the minimum width of the through-hole (4), the pitch of the holes, and the width of the entrance portion.
[0023]
For example, in the case of a metal mask for an organic EL, the maximum width of an unetched portion between adjacent holes is about 2.5 times the opening size because the mask is a three-color coating mask. Become. That is, the pitch of the holes becomes smaller as the opening size becomes smaller. As described above, the width of the entrance portion of the hole is set so that the effect of shielding does not occur due to the incident angle of the vapor deposition material particles. However, when the width is increased, adjacent holes are connected by the side wall of the hole. In order to secure a practical incident angle and prevent the holes from being connected, it is preferable to appropriately adjust the thickness of the metal mask according to the opening size and the pitch of the holes.
[0024]
As a result of examining the relationship between the pattern formed on the display substrate and the thickness of the metal mask, when the thickness of the mask is set to be larger than 200% of the opening size, the width of the entrance portion of the hole increases, and accordingly, the entrance side becomes larger. It has been found that the width of the portion left when the surface is etched becomes extremely narrow, so that exposure of the resist pattern becomes difficult. That is, it is preferable that the thickness of the mask be equal to or less than 200% of the opening size in order that the adjacent holes are not connected and the exposure of the resist pattern is facilitated.
As described above, the thickness of the metal mask should be set to an appropriate thickness according to the pattern width to be formed on the substrate. As the pattern becomes finer, a metal mask that forms a thinner and highly precise hole size is required. Therefore, it is preferable that the thickness of the metal mask be reduced and the thickness of the aperture forming layer (1) be reduced accordingly in order to improve the dimensional accuracy.
[0025]
When holes are formed in a metal foil by etching, the hole dimensional accuracy is generally about 20% of the thickness of the metal foil. In the metal mask according to the present invention, the thickness of the hole forming layer is a major factor that determines the dimensional accuracy of the hole. Therefore, by setting the thickness of the hole forming layer to 30% or less of the thickness of the mask, The aperture dimensional accuracy can be made 6% or less with respect to the thickness of the mask. As described above, since the thickness of the metal mask according to the present invention is 200% or less of the opening size, the accuracy of the opening size can be 12% or less of the opening size.
[0026]
The method of manufacturing the metal mask laminate described above includes a method of bonding a plurality of metal foils in the air, a method of forming a metal film by plating on the metal foil surface, and a method of activating the metal foil surface in a low-pressure atmosphere. A method in which a plurality of metal foils are pressure-bonded by performing a treatment, and a metal foil serving as a hole forming layer and a third metal serving as a bonding layer are deposited on the surface of the metal foil serving as a support layer in a low-pressure atmosphere, and then pressed. There is a method of joining with a roll.
Either method may be selected, but the method of vapor-depositing a third metal on the surface of the metal foil serving as the opening forming layer and the metal foil serving as the support layer in a low-pressure atmosphere and then joining them with a pressure roll is as follows. Since the productivity is high and the surface roughness of the hole forming layer (1) is better than that of plating, it is suitable as a method of manufacturing a metal mask laminate. The structure in this case is a structure of metal foil / deposition layer / metal foil.
[0027]
The material constituting the bonding layer (2) may be selected from materials having different etching characteristics from those of the Fe—Ni alloy used for the hole forming layer (1) and the support layer (3), such as Ti, Sn, and Ag. Use is preferred.
In general, the thicker the bonding layer, the higher the etching barrier property and the higher the bonding strength. However, if the bonding layer is too thick, the metal mask warps due to a difference in thermal expansion coefficient at a high temperature, and a gap is formed between the metal mask and the substrate. Therefore, it is preferable to have a thickness of about 2 to 0.3 μm that has sufficient etching barrier properties and secures bonding strength.
Note that the metal mask of FIG. 1 shown as an example here is a three-layer metal foil, but may of course have four or more layers. As an example of four or more layers, a coating layer having an anti-rust effect is provided on the bonding surface of at least one of the hole forming layer, the support layer, and the bonding layer, and the bonding is assisted when the bonding between the layers is weak. For example, a case in which a layer coated with a material having an effect of forming a layer is provided. If the layers other than the hole forming layer and the support layer are thickened, the above-mentioned warpage may be caused. Therefore, it is preferable to set the thickness to about 2 μm or less including these layers and the bonding layer.
[0028]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples and drawings.
For the opening forming layer and the support layer, an Fe-Ni-based alloy of C: 0.006% -Ni: 42%-balance Fe by mass% was used. This Fe—Ni-based alloy was produced by vacuum melting and forging, and was hot-rolled to a thickness of 2 mm. Further, this material was subjected to cold rolling and intermediate annealing several times to produce materials 1 to 4 having a thickness shown in Table 1 and a degree of (200) crystal orientation.

Material numbers

1 and 2 are intermediate in order to control the degree of orientation of the (200) crystal orientation to 60 to 99% among the main orientations of (111), (200), (311), and (220). Was made to have a rolling reduction of 75%, then annealed at 850 ° C. for 1 minute, and rolled to a final thickness dimension.
In addition, out of the main orientations of (111), (200), (311), and (220),

materials

3 and 4 in which the degree of (200) orientation was lowered were produced. This was carried out under the same conditions as those of the above-mentioned

material numbers

1 and 2, with the rolling reduction of the intermediate cold rolling being about 50%, and rolling to the final thickness dimension.
[0029]
[Table 1]

[0030]
Samples A and B were produced using the above-mentioned materials 1 to 4. For sample A,

materials

1 and 2 having a (200) orientation of 60% or more were used, and they were bonded via a Ti bonding layer as a hole forming layer and a support layer, respectively, to produce a laminated metal foil. For sample B,

materials

3 and 4 were used and bonded in the same manner to form a laminated metal foil.
FIG. 2 shows a cross-sectional micrograph at this time and a schematic diagram thereof. The bonding layer (2) is sandwiched between the hole forming layer (1), the support layer (3), and the hole forming layer and the support layer.
As a method of manufacturing a laminated metal foil, pure Ti is applied to the joining surface of an Fe—Ni alloy foil (10 μm) serving as an aperture forming layer and a Fe—Ni alloy foil (90 μm) serving as a support layer in a low-pressure atmosphere. Was deposited, and then joined by a pressure roll.
This time, each Fe-Ni alloy foil was washed with hydrochloric acid before joining in order to improve the joining strength. Other methods such as dry etching that can be treated in a low-pressure atmosphere and heat treatment in a reducing atmosphere of hydrogen gas Is also effective.
The thickness of the bonding layer may be set to an appropriate thickness according to the required bonding strength and the etching barrier property. In this case, the output of Ti vapor deposition and the feed speed of the Fe—Ni-based alloy foil were adjusted so that the thickness of Ti serving as a bonding layer was 1 μm.
[0031]
The three-layer laminated metal foil joined by the above-mentioned method had a low joining strength as it was, and was 0.1 kN / m or less in the peeling test.
Then, after performing vapor deposition bonding in a low-pressure atmosphere, heat treatment was performed in an inert gas atmosphere, whereby the bonding strength could be increased. In the peeling test after the heat treatment, the 10 μm-side Fe—Ni-based alloy foil, which was the hole forming layer, was broken and could not be peeled.
The heat treatment temperature for firmly joining the metal laminated foil was 400 ° C. or higher. If the heat treatment is performed at about 650 ° C., the Fe—Ni-based alloy foil is rapidly softened. Therefore, if it is not desired to reduce the hardness of the Fe—Ni-based alloy foil, the heat treatment is preferably performed at 400 ° C. to 500 ° C.
Further, when the heat treatment is performed at 550 ° C. or more, diffusion from the Fe—Ni-based alloy foil side to the Ti side of the bonding layer proceeds, a diffusion layer is generated at the interface, and Kirkendall voids are generated inside the diffusion layer due to a difference in diffusion speed. However, since this reduces the bonding strength, the heat treatment temperature of the sample of this example was set to 500 ° C.
The degree of orientation after the heat treatment was not changed from that shown in Table 1.
[0032]
Then, an opening was formed by selective etching using the above-described three-layer laminated metal foil, to produce a metal mask.
The etching pattern was a slit pattern. In order to evaluate the accuracy of the opening size, samples having two kinds of slit widths of the target opening size of 100 μm and 70 μm were prepared.
Different exposed resist patterns were prepared for the hole forming layer and for the support layer, respectively. The pattern width of the resist pattern on the opening forming layer side was adjusted so that the opening size after etching was at the target value described above. The pattern width on the support layer side was twice the pattern width on the hole forming layer side. After forming a respective resist pattern on each layer, holes were opened by etching.
As an etching solution, ferric chloride was used for an opening forming layer and a support layer, and 3% of diluted hydrofluoric acid was used for peeling off a Ti layer. In addition, as a chemical for peeling off the Ti layer, a chemical containing ammonium dihydrogen difluoride can be used.
[0033]
As described above, the thickness of the sample was 10 μm, the thickness of the support layer was 90 μm, the thickness of the bonding layer was 1 μm, and the thickness of the metal mask was 101 μm.
Therefore, the thickness of the metal mask with respect to the opening size was set to 101% for the opening size of 100 μm and 144% for the opening size of 70 μm. In any case, the thickness of the mask is 200% or less of the opening dimension on the opening forming layer side proposed by the present invention.
The ratio of the hole forming layer to the thickness is 10% for both samples A and B, which is 30% or less proposed by the present invention.
[0034]
About the produced samples A and B, the average value of the hole size and its variation were evaluated. In addition, microscopic observation of the cross-sectional shape of each of the hole-forming layer and the support layer, and the difference between the upper hole width and the lower hole width of each layer being less than 40% of the thickness of each layer, ◎, A sample of 40% or more and less than 80% was evaluated as ○, and a sample of 80% or more was evaluated as ×. Table 2 shows the results.
[0035]
[Table 2]

[0036]
The aperture size of the manufactured samples has a deviation from the target aperture size of 3 μm or less, and the dimensional variation is within ± 3 μm or less, producing a metal mask with high dimensional accuracy for high definition display applications. We were able to.
Further, in the sample A according to the present invention in which the degree of (200) orientation was 60% or more, the variation of the opening size was ± 2 μm or less, and a metal mask having extremely high dimensional accuracy could be manufactured. Further, in Sample A, the difference between the opening width at the upper end and the opening width at the lower end of each layer was smaller than that of Sample B, and a hole having a more uniform opening width in the thickness direction could be formed. The reason why the variation of the opening size of the sample A is smaller than that of the sample B is largely due to the uniformity of the opening width.
[0037]
【The invention's effect】
According to the present invention, the accuracy of a deposition pattern using a metal mask can be remarkably improved, and this is an indispensable technique for practical use of a high-definition organic EL display.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram showing an example of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional micrograph showing an example of a laminated board used for the metal mask of the present invention and a schematic view thereof.
[Explanation of symbols]
1. 1. aperture forming layer; 2. bonding layer; 3. support layer; Through hole, 4-a. An opening forming layer side opening, 4-b. Support layer side opening

Claims

A metal mask comprising: an opening forming layer that determines the opening size; a support layer; and a bonding layer sandwiched between the opening forming layer and the supporting layer, the bonding layer having different etching characteristics from the opening forming layer and the support layer. Wherein the hole forming layer and the support layer are Fe-Ni-based alloys containing 30% to 55% by mass of Ni + Co and 0.01% or less of C by mass%, and the balance substantially consisting of Fe. Metal mask.

The Fe—Ni-based alloy used for the hole forming layer and the support layer is characterized in that (200) of the main orientations of (111), (200), (311), and (220) is 60 to 99%. The metal mask according to claim 1.

The metal mask according to claim 1, wherein a thickness of the metal mask is 200% or less of an opening size, and a ratio of an opening forming layer to the thickness is 30% or less.