JP2005076068A - 電鋳法による薄膜部材の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
ステンレス基板を用いた電鋳法による薄膜部材の製造方法に関して、該ステンレス基板
表面に形成した有機レジストパターンと該ステンレス表面との密着を確実にし、且つ該ス
テンレス基板上に形成した薄膜の剥離性を容易にするステンレス基板の表面処理方法を提
供する。
【解決手段】
ステンレス基板の表面に対して、順次（１）鏡面研磨処理を行う工程、（２）酸化処理
を行う工程、および（３）シランカップリング剤処理を行う工程の手順で表面処理を施し
、該ステンレス基板を母材としてメッキ法による薄膜部材を形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は電鋳法による薄膜部材の製造において、母材としてステンレス基板を用いる場
合、ステンレス基板に対する表面改質方法に関し、特に前記ステンレス基板とその表面に
成膜する有機レジスト膜との密着性向上を意図するものである。とりわけ有機エレクトロ
ルミネッセンス素子（以下有機ＥＬ素子と略す）の製造に用いる蒸着用マスクの製造方法
に関する。

電鋳法で加工される薄膜部材は、蒸着用マスクまたは微細パターンの形成に広く利用さ
れている。特に高精度と高精細化が求められる各種半導体素子またはフラットデスプレイ
ー等の用途では、電鋳法がエッチング法よりも寸法精度の点で有利とされている。

なかでもステンレス基板を母材とする電鋳法はシリコンウエハーを母材とする方法に比
べ、ワークサイズの大型化、取り扱いの容易さおよび低コスト性で有利である。

例えば、有機ＥＬ素子の蒸着マスクの製造方法について、電鋳法による製造方法が既に
知られている（例えば、特許文献１を参照のこと）。

ステンレス基板を母材とする電鋳法は、ステンレス基板表面に有機レジストをパターン
形成した後、パターン非形成部であるステンレス基板の露出表面にメッキ層を形成し、次
いで該メッキ層をステンレス基板から剥がして電鋳部材を製造する方法である。

有機ＥＬ素子の蒸着に当たっては、蒸着マスクの微細な開口を通じて、所定の発光色を
有する発光材料などを素子基板上の所定の画素電極上に堆積させることになる。この時蒸
着マスクの開口部と画素電極とに位置ずれが生じると、発光面積が少なくなるため素子の
発光輝度が低下したり、場所ごとの発光輝度ムラになるため、蒸着マスク自体にテンショ
ンを加えておく必要がある。

また素子の精細度が増すことにより、１画素あたりの面積が小さくなり、前記蒸着マス
クの開口部もまた小さくなっている。これらの要因により、蒸着マスクの寸法精度は極め
て高いことが要求されている。

この開口部の寸法精度は、前記パターニングされた有機レジストによって規定されるが
、ステンレス基板との密着性が悪い部分があると、その隙間からメッキ層が染み込むこと
になり、前記寸法精度が悪くなる原因となる。

これらの観点に対する改善例としては、例えばステンレス基板の表面粗さを小さくする
ことで、有機レジストのパターン形状をシャープにする方法が提示されている（例えば、
特許文献２を参照のこと）。

更に、同じく表面粗さを小さくすることでステンレス基板と有機レジストとの界面への
メッキ層の染み込み防止を図る等が知られている（例えば、特許文献３を参照のこと）。
特開２００３−４５６５７号公報 特開平０５−０４７７０１号公報 特開２０００−０９１７４１号公報

薄膜部材の１つである前記蒸着用マスクを例に取ると、より高精密、高精細な開口部の
形成が求められている。よって先ず使用時点で歪み無く寸法形状を保持するための適正な
厚みが必要である。

また製造の母材として用いられるステンレス基板表面に形成された有機レジストパター
ンが蒸着用マスクの開口部となる製造方法においては、有機レジストは蒸着マスクの厚さ
を僅かに上回る厚さが必要である。一方、素子の高精細化に伴って、該開口部に対応する
有機レジストパターンの面積も小さくすることが求められる。

このように厚さに対する面積比の小さい有機レジストパターンが、続くメッキ工程の最
後まで変形することなく、且つステンレス基板との密着を保持することは極めて難しく、
更なる改善が求められていた。

よって本発明の目的は、ステンレス基板表面に高精密、高精細で且つ寸法精度の高い要
求を満たして形成された有機レジストパターンと該ステンレス表面との密着が確実である
ステンレス基板の表面処理方法を提供する。

本発明は、ステンレス基板を用いて電鋳法により薄膜部材を製造するための製造方法に
関して、前記ステンレス基板の少なくとも片側の表面に対して順次
（１）鏡面研磨処理を行う工程
（２）酸化処理を行う工程
（３）シランカップリング剤処理を行う工程
からなる表面処理を施すことを特徴とする薄膜部材の製造方法を提供するものである。

さらに本発明は、前記鏡面研磨処理の方法が、ケミカルメカニカルポリッシング法（以
下ＣＭＰ法という）であり、更に前記酸化処理の方法が、酸素プラズマ処理であることを
特徴とする。

また本発明は、前記薄膜部材が蒸着用マスクである製造方法である。

また本発明は、これらの製造方法で製造された薄膜部材や蒸着マスクである。

本発明の表面処理をステンレス基板の表面に施すことにより、厚さに対する面積比の小
さい有機レジストパターンが、メッキ工程の最後まで変形することなくステンレス基板と
密着することができるようになった。

またステンレス基板の鏡面処理によって、メッキ層とステンレス基板との剥がしが容易
である結果、高精密、高精細な薄膜部材を得ることができる。

特に、蒸着用マスクに関しては、開口部の形状がシャープにでき、寸法精度の高い蒸着
マスクを提供することができる。

以下図を参照しながら、本発明を説明する。
図１は、ステンレス基板表面に本発明における表面処理方法を示す。

図１（ａ）は、本発明における表面処理を施すステンレス基板である。この材質につい
ては、ステンレス鋼であれば特に制限はされない。またステンレス基板の厚みは特に制限
されないが、機械的強度の観点から、通常０．０８〜１．０ｍｍ程度が好ましい。さらに
ステンレス基板を薄膜部材のための電鋳法の母材として使用する場合、片面の表面処理で
も十分であるが、両面を表面処理しても良い。

また図１（ｂ）は、少なくとも片面を鏡面研磨処理したステンレス基板を示す。この研
磨処理は、平坦化し表面粗さを小さくする工程である。本実施例では、化学的機械的研磨
法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ；以下ＣＭＰ法と略
す）で加工する。本発明における鏡面研磨処理は、ステンレス基板の表面を算術平均粗さ
（Ｒａ）が０．０５μｍ以下になるまで平坦化し、且つ有機物等の汚染排除できる方法で
あればその手段は限定するものでは無い。

その後、ステンレ板表面上に残った研磨粒子を除くために、超音波洗浄を行うことが一
層好ましい。

次に、鏡面研磨処理したステンレス基板の表面に酸化処理を行う（図１（ｃ））。この
酸化処理は、基板上に残った有機物残渣を除去するのと、ステンレス基板の表面に薄い金
属酸化物皮膜を形成するものと思われる。

本発明で使用する酸化処理方法としては、酸素プラズマ処理、酸素イオン注入処理、エ
キシマＵＶ照射処理等のいずれもの方法も好ましく用いることができるが、特に以下の実
施例における酸化処理には、いずれもＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎ
ｇ：反応性イオンエッチング）による酸素プラズマ処理を用いた。

更に、前記酸化処理を行ったステンレス基板の表面に、シランカップリング剤処理を施
す（図（ｄ））。本実施例では、ステンレス基板面への塗布方法はスピンコート法を用い
たが、この他に浸漬法や気化させた蒸気に曝す方法等もあり、塗布方法に特段の限定は無
い。

通常、ステンレス基材と有機レジストの密着性は弱いが、シランカップリング剤を酸化
処理したステンレス表面と有機レジストとの境界に形成することにより、ステンレス基板
と有機レジストとの密着性を強くすることができる。このようなシランカップリング剤と
しては、アミノ系官能基からなるN−２（アミノエチル）３−アミノプロピルメチルジメ
トキシシラン、３−アミノプロピルトリエトキシシラン、またエポキシ系官能基からなる
３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、２−（３、４エポキシシクロヘキシル）
エチルトリメトキシシラン、またメタクリロキシ系官能基からなる３−メタクリロキシプ
ロピルメチルジメトキシシラン、３−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、更に
ビニル系官能基からなるビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン等のいず
れも好適に用いることができる。

次に、図２は、該ステンレス基板を母材とする電鋳法による蒸着マスクを製造する実施
形態を説明するための図である。前記シランカップリング剤処理されたステンレス基板表
面上へ、有機レジスト膜を公知の方法で成膜し（図２（ｅ））、所定パターンを有するフ
ォトマスクを介して該有機レジスト膜に対して露光・現像を行い、前記ステンレス基板に
有機レジストパターンを形成する（図２（ｆ））。その後、前記ステンレス基板の有機レ
ジストパターンの非形成部にメッキ層を形成し（図２（ｇ））、該メッキ層を前記ステン
レス基板より剥がし、薄膜部材である蒸着マスクを完成する（図２（ｈ））。
（有機レジストの密着性の評価方法）

以下の実施例において、有機レジストとステンレス基板との密着性の評価するために、
図３に示す形状のフォトマスクを用いた。図３において黒色円形部分が露光・現像終了後
にステンレス基板上に残る有機レジストパターンを示す。

黒色円形部の直径を、φ２０μｍ、φ３０μｍ、φ４０μｍ、及びφ５０μｍの４種を
用意し、各直径毎に４５個の黒色円形部を配置したものを１つの評価用パターンとした。

母材となるステンレス基板上に、該評価用パターンを複数配置した有機レジストを形成
する。その後メッキ浴のなかで電鋳を行うことにより、黒色円形パターンを除くステンレ
ス基板面上にメッキ層が形成される。その後メッキ層をステンレス基板から剥がすことに
より、前記黒色円形部位を開口部とする蒸着マスクが完成する。

この場合、前記有機レジストとステンレス基板との密着性が弱い場合には、図２におけ
る（ｆ）から（ｇ）の間に有機レジストの一部はステンレス基板から剥がれ落ちてしまい
、この部分にはメッキ層が形成されてしまう。

従って、完成された蒸着マスクの開口部の個数と、フォトマスク上の個数との割合を、
レジスト残存率（％）＝ （蒸着マスクの開口部の個数 ／フォトマスクの個数）ｘ １
００として算出することができ、前記黒色パターンの直径毎に集計することによりレジス
ト密着性の効果が確認できる。

本実施例では、母材としてのステンレス基板として、ＳＵＳ３０４でＮｏ８の鏡面研磨
仕上げを行った厚さ１．０ｍｍ、縦横寸法２００ｍｍｘ２００ｍｍの基板を用意した。こ
の研磨処理後の表面粗度は、触針式表面粗さ計（ミツトヨ製 サーフテスト ＳＪ−４０
１）により測定したところ、算術平均粗さ（Ｒａ）で０．０３μｍであった。

まず、上記ステンレス基板を市販されている中性界面活性剤の１％水溶液で洗浄後、純
水中で超音波洗浄を行い、ＩＰＡ（イソプロピルアルコール）中に浸漬後、８０℃のＩＰ
Ａ蒸気中に晒して乾燥させた。

次に、酸化処理の工程はＲＩＥ装置による酸素プラズマ法とした。前記のステンレス基
板をＲＩＥ装置内で酸素ガス流量３０ｓｃｃｍ、反応室内圧３．０Ｐａ、ＲＦ電力３００
Ｗの条件で３０分間の処理を行った。

更に、シランカップリング剤処理として、スピンコート法（回転数４０００ｒｐｍ）に
よりアミノ系官能基からなるシランカップリング剤、Ｎ−２（アミノエチル）３−アミノ
プロピルトリメトキシシランの０．１ｖ/ｖ％純水希釈液を塗布し、さらに１５０℃で６
０分間のベーキングを行い、シランカップリング剤処理表面を形成した。

次に、前記シランカップリング剤処理表面に、厚さ２５μｍのドライフィルムタイプ有
機ネガレジスト（東京応化工業製ＦＰ−３２５）をラミネートし、図３の密着性評価用パ
ターンを複数配置したフォトマスクを介して該レジスト膜を露光・現像を行った後、１５
０℃で６０分の条件でポストべークを行った。

なお、本実施例が製造する蒸着マスクは、蒸着使用時にその開口部を歪み無く形状を保
持する必要があり、金属剛性を考慮してメッキ層の厚みを２０μｍと見積もり有機レジス
トの厚みを決定した。

その後、上記処理後のステンレス基板を陰極として、下記の条件で前記有機レジストの
非形成部にＮｉメッキ層（厚さ約２０μｍ）を形成させた後、該Ｎｉメッキ層をステンレ
ス基板から剥がし薄膜部材としての蒸着用マスクを完成させた。
（メッキ浴組成）
塩化ニッケル：４ｇ／ｌ
スルファミン酸ニッケル：３９０〜４６０ｇ／ｌ
硼 酸 ：３５〜４５ｇ／ｌ
メッキ浴ｐＨ：３．８〜４．３
メッキ浴温度 ４８〜５７℃
電流密度： ３．３Ａ／ｄｍ^２

前記蒸着マスクの開口部の個数を数え、前記フォトマスク上の黒色円形の個数との割合
をその直径値毎にレジスト残存率として算出した。

結果は表１の通りであり、一部直径φ２０μｍの部分を脱落があるものの、φ３０μｍ
以上の開口部に関しては、実体顕微鏡（観察倍率２００倍）で調べたところ、すべて歪み
の無い円柱穴であった。

実施例１と同様にＳＵＳ３０４でＮｏ８の鏡面研磨仕上げを行い、縦横寸法も実施例１
と同様寸法のステンレス基板を用意し、その片面を更にアルミナ系砥粒を用いたＣＭＰ法
で平坦化した。実施例１同様に表面粗さを測定し算術平均粗さ（Ｒａ）＝０．０１μｍを
得た。

その後、実施例１と同様の手順で蒸着マスクを完成させた。実施例１と同様にレジスト
残存率を調べた結果は表１の通りであり、一部直径φ２０μｍの部分を脱落があるものの
、φ３０μｍ以上の開口部に関しては、同様に歪みの無い円柱穴であった。

本実施例のステンレス基板は ＳＵＳ３０４で厚さおよび縦横寸法は実施例１と同様寸
法の基板を用いた。この基板を＃８００番バフによって鏡面研磨処理した。

その後、実施例１と同様の手順で蒸着マスクを完成させた。実施例１と同様にレジスト
残存率を調べた結果は表１の通りであり、一部直径φ２０μｍの部分を脱落があるものの
、φ３０μｍ以上の開口部に関しては、同様に歪みの無い円柱穴であった。

ただしステンレス基板の一部に研磨キズが観察され、この部分にメッキの染み込みが観
察された。

（比較例１）
実施例１と同様のステンレス基板を用意し、酸化処理を行わないことを除いて、実施例
と同様な処理により、蒸着用マスクを作成した。結果を表２に示すが、いずれの直径サイ
ズに関わらず、開口部を形成することができなかった。

（比較例２）
実施例１と同様のステンレス基板を用意し、酸化処理とシランカップリング剤処理を行
わないことを除いて、実施例と同様な処理により、蒸着用マスクを作成した。結果を表２
に示すが、いずれの直径サイズに関わらず、開口部を形成することができなかった。

本発明は、開口部の寸法精度が要求される有機ＥＬ素子用の蒸着用マスクの製造に用い
ることができる。さらに、ステンレス基板上に所定の有機レジストパターンを形成し、そ
の非形成部にメッキ層を非加工物に転写させることによって、微細パターン形成のための
印刷マスクや、転写部材の製造にも利用できる。

本発明によるステンレス基板の表面処理方法を示した説明図である。 本発明による表面処理を施したステンレス基板を用いた薄膜部材の製造方法を示した説明図である。 本発明で実施したレジスト密着性の評価用パターンの説明図である。

符号の説明

０ ステンレス基板材料
１ 鏡面研磨したステンレス基板
２ ステンレス基板の酸化処理面
３ シランカップリング剤層
４ 有機レジスト
５ 有機レジストパターン
６ メッキ層
７ ステンレス基板から剥がしたメッキ層からなる蒸着マスク

Claims (6)

1. ステンレス基板を用いて電鋳法により薄膜部材を製造するための製造方法に関して、前
   記ステンレス基板の少なくとも片側の表面に対して順次
   （１）鏡面研磨処理を行う工程
   （２）酸化処理を行う工程
   （３）シランカップリング剤処理を行う工程
   からなる表面処理を施すことを特徴とする薄膜部材の製造方法。
2. 前記鏡面研磨処理の方法が、ケミカルメカニカルポリッシング法（以下ＣＭＰ法という
   ）であることを特徴とする請求項１に記載の薄膜部材の製造方法。
3. 前記酸化処理の方法が、酸素プラズマ処理であることを特徴とする請求項１及び２に記
   載の薄膜部材の製造方法。
4. 前記薄膜部材が蒸着用マスクであることを特徴とする請求項１乃至３に記載の薄膜部材
   の製造方法。
5. 前記請求項１乃至３に記載の製造方法によって製造されたことを特徴とする薄膜部材。
6. 前記請求項４に記載の製造方法によって製造されたことを特徴とする蒸着用マスク。