JP2008162197A - スクリーンマスクおよびその製造法 - Google Patents

Abstract

【課題】滲みがなく、高精度かつ高密度な印刷パターンを容易に形成可能なスクリーンマスクを提供する。
【解決手段】メッシュ状の支持体にマスクパターンが配設されたスクリーン印刷用のスクリーンマスクであって、前記マスクパターンの少なくとも輪郭部に凸部が形成されたことを特徴とするスクリーンマスク、およびその製造法。
【選択図】図２

Description

本発明は、スクリーン印刷用のスクリーンマスクおよびその製造法に関するものである。更に詳しくは、本発明は、高精度かつ高密度な印刷パターンを形成可能なスクリーンマスクおよびその製造法に関するものである。

スクリーン印刷用の製版（スクリーン印刷版）を使用して、被印刷体の表面上にインクやペースト等からなる印刷膜を形成するスクリーン印刷は、微細パターンの形成が可能であり、また、優れた量産性を有することから幅広い産業分野で利用されている。

スクリーン印刷に用いられる一般的なスクリーンマスクは、適当な版枠内に張られた紗により構成されたメッシュ状の支持体と、樹脂系の乳剤により膜状に形成された、その膜厚方向に貫通する複数の開口部が所定の配列パターンで形成された乳剤膜とを備え、この乳剤膜が、支持体の一方の膜面側に配設されることによって構成されている。印刷に際しては、先ずこのスクリーンマスクの乳剤膜を被印刷体の表面（被印刷面）に配設するとともに、支持体上に所定のインクやペースト等を載せる。次いで、支持体上でスキージ等を摺動させて開口部からペースト等を押し出せば、被印刷体の被印刷面に、開口部の配列パターンに対応した印刷パターンを形成することができる。

例えば、電子部品製造の分野では、高精度、及び優れた量産性の面から、上述したようなスクリーン印刷が取り入れられており、この分野においては、部品サイズの微小化という近年の技術の流れに伴い、より微細な印刷パターンを、更に高精度かつ高密度に形成したいとする要請が高まりつつある。即ち、微細な印刷パターンが精度よく形成された状態を、一般的にはファインラインというが、このファインラインを実現する技術は、部品サイズの微小化にとって欠かせない技術であるといえる。

しかし、通常のスクリーン印刷方法によれば、使用するインクやペーストの粘度、印刷の繰り返し回数、或いは被印刷面の凹凸度合いにも左右されるが、形成される印刷パターンが所望とするパターンからずれる、いわゆる「にじみ」を生ずる場合があり、ファインラインの実現は容易に達成することはできない。従って、ファインラインを実現するためにこのような「にじみ」を防止すべく、使用するペーストのレオロジーを改善したり、スクリーン印刷版の構成要素となる乳剤に撥水性等の機能を付与したりする試みがなされている。

具体的には、被印刷体が、平滑な印刷面を有する基板である場合には、スクリーン印刷版の乳剤膜を構成する乳剤に、フッ素系、シリコーン系等の樹脂を混ぜることにより、乳剤膜に撥油性、撥水性を付与する方法が開示されている（例えば、特許文献１、２参照）。

しかし、特許文献１，２において開示された方法によると、スクリーン印刷版を製造するにあたって開口部の配列パターンの解像度が低下してしまう場合があり、ファインラインを実現することが困難であるという問題があった。また、これらの方法は、被印刷面が凹凸のない平坦な面である場合には効果的であるが、例えば、被印刷面に段差又は凹凸がある場合には必ずしも効果的であるとはいえない。更に、同一の被印刷体に対して繰り返し印刷を行うことにより複層膜体を製造する場合には、にじみが生じ易くなるという問題があった。また、連続して印刷を繰り返し行う場合には、乳剤膜と被印刷体との間にペースト等が付着する場合があり、印刷の繰り返し数を重ねるに従ってにじみの量、範囲が拡大するという問題があった。特に、同一の被印刷体に対して繰り返し印刷を行うことによって複層膜体を製造する場合には、にじみの量、範囲が更に拡大し易いという問題があった。
特許第３０９８７５３号公報 特開平２−１４４５３７号公報

本発明は、このような従来技術の有する問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、段差・凹凸を有する被印刷面に対しても、高精度かつ高密度な印刷パターンを形成可能であるスクリーンマスクおよびその製造法を提供することにある。

本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、開口部の周辺に凸部を設けることにより、上記課題を解決し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。

したがって、本発明によるスクリーンマスクは、メッシュ状の支持体にマスクパターンが配設されたスクリーン印刷用のスクリーンマスクであって、前記マスクパターンの少なくとも輪郭部に凸部が形成されたこと、を特徴とするものである。

このような本発明によるスクリーンマスクは、好ましくは、前記マスクパターンの前記凸部以外の部分に対する前記凸部の高さが、２μｍ〜１００μｍであるもの、を包含する。

このような本発明によるスクリーンマスクは、好ましくは、前記マスクパターンおよび前記凸部が、感光性樹脂材料から形成されたもの、を包含する。

このような本発明によるスクリーンマスクは、好ましくは、前記凸部の硬度が、前記マスクパターンの前記凸部以外の部分の硬度よりも低いもの、を包含する。

このような本発明によるスクリーンマスクは、好ましくは、前記凸部が、撥液性材料から形成されたもの、を包含する。

また、本発明によるスクリーンマスクの製造法は、メッシュ状の支持体の一方の面に第１の乳剤によってマスクパターンを形成し、次いで、このマスクパターンの少なくとも輪郭部に第２の乳剤によって凸部を形成すること、を特徴とするものである。

本発明によるスクリーンマスクは、マスクパターンの少なくとも輪郭部に凸部が形成されたものであることから、印刷時において、その凸部分であるマスクパターンの輪郭部をより高い圧力で押圧することができるものである。よって、高精度かつ高密度な印刷パターンを容易に形成可能なものである。

このような本発明は、被印刷体が表面性状が粗かったり、均一性が低い場合であっても、マスクパターン、特にその輪郭部を、被印刷体に追従性よく押圧することができるので、印刷インキの滲みを有効に防止することができる。

また、本発明によるスクリーンマスクは、高精度、高密度な印刷パターンを、被印刷体への押圧力を低減させても形成させることができるので、被印刷体の強度が十分でない場合であっても良好な印刷パターンを形成することができる。

以下、本発明の実施の最良の形態について説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、適宜、設計の変更、改良等が加えられることが理解されるべきである。

図１および図２は、本発明のスクリーンマスクの好ましい一実施形態を示す模式図である。図１は、本発明によるスクリーンマスク１の被印刷体へ押圧する面を示すものであり、図２は、図１のスクリーンマスク１のＡ−Ａ断面を示すものである。

本実施形態のスクリーンマスク１は、メッシュ状の支持体２にマスクパターン３が配設されたスクリーン印刷用のスクリーンマスクであって、前記マスクパターン３の少なくとも輪郭部に凸部３ｂが形成されているものである。

この図に示されるスクリーンマスク１は、適当な版枠４内に張られたメッシュ状の支持体２に、好ましくは乳剤により形成された膜状のマスクと、その膜厚方向に貫通する複数の開口部５が所定の配列パターンで形成された乳剤膜からなるマスクパターン３とを備えており、このマスクパターン３が、支持体２の一方の膜面側に配設されることによって構成されている。特に、図に示されるマスクパターン３は、メッシュ状の支持体２上に複数の層が積層された積層構造を有するものであって、メッシュ状の支持体２の側に配設される第一の層３ａと、パターンの輪郭部に凸部３ｂを形成する第二の層からなっている。

ここで、凸部が形成されていない従来の一般的なスクリーンマスクを印刷に用いた場合を想定すると、印刷時のスキージの圧力(印圧)が均一にかかることになり、被印刷面表面の段差または凹凸形状を吸収することが困難となってこれらの形状に上手くフィットし難くなるため、被印刷面と乳剤膜との間に生じた隙間からペースト等が漏れ出して、にじみが生ずるものと考えられる。

これに対して、図１および図２に示されるように、本実施形態のスクリーンマスク１では、マスクパターン３の少なくともそのパターンの輪郭部に凸部３ｂが形成されている。したがって、印刷に際しては、被印刷面には先ず凸部３ｂが当接して、この部分に印圧が局所的にかかることになり、被印刷面に段差または凹凸形状があっても、これらの形状に上手くフィットし、被印刷面とマスクパターン３との間のシール性が向上し、にじみの発生が効果的に抑止される。

前記凸部３ｂの高さ、即ち、マスクパターンの凸部以外の部分に対する前記凸部の高さは、好ましくは２μｍ〜１００μｍ、特に好ましくは５〜５０μｍ、である。高さが２μｍ未満である場合は、シール性が向上効果および印刷精度向上効果が十分得られない場合があり、一方、１００μｍ超過の場合には、インキもしくはペーストの転移性が悪くなる場合がある。

本発明における第一の層３ａおよび輪郭部に凸部３ｂを形成する第二の層は、従来のスクリーンマスクにおいて用いられてきた材料によって形成することができる。本発明において特に好ましいものとしては、例えばジアゾ系の感光材等を挙げることができる。第一の層３ａと、輪郭部に凸部３ｂを形成する第二の層とは、同一の材料によって形成することもできるし、異なる材料によって形成することができる。

また、第一の層３ａと、凸部３ｂを形成する第二の層とは、先ず第一の層３ａを形成した後に第二の層を形成することが好ましいが、第一の層３ａと第二の層とを同時に形成することもできる。また、第一の層３ａおよび第二の層は、それぞれ、一工程で形成することもできるし、複数工程を実施することによって形成することができる。

本発明によるスクリーンマスク１においては、凸部３ｂの硬度とマスクパターン３の前記凸部３ｂ以外の部分（即ち、第一の層３ａのみが形成された部分）の硬度とは、同一であっても異なっていてもよい。凸部３ｂの硬度と凸部以外の部分の硬度が異なる場合、凸部３ｂの方が硬度が低くても、凸部３ｂ以外の部分の方が硬度が低くてもかまわないが、被印刷物の凹凸への追従性の観点から、凸部３ｂの硬度が凸部以外の部分の硬度よりも低いことが望ましい。

本実施形態のスクリーンマスク１においては、凸部３ｂの硬度を形成する第二の層が、撥液性を有する層であることが好ましい。ここで、本発明にいう「撥液性」とは、具体的にはスクリーン印刷用インク液をはじく性質、即ち、本発明によるクリーンマスク１によって印刷する際に使用されるスクリーン印刷用インク液に対する親和性が低いことをいい、より具体的には、印刷対象となる被印刷面に比して上記スクリーン印刷用インク液に対する親和性が低いことをいう。

従って、特に焼成済みまたは未焼成のセラミックスに対して有機溶剤を含むインキやペーストを使用して印刷を行う場合には、繰り返し印刷を行っても、このようなペーストとの親和性が低いスクリーン印刷版の側にはペーストが残存付着し難く、連続印刷に伴うファインラインの低下を抑制することができる。

次に、図１および図２に示される本発明の好ましいスクリーンマスク１の製造例について説明する。

本実施形態のスクリーンマスク１を製造するにあたっては、先ず、アルミニウムをはじめとする適度な加工性と強度とを具備した材質からなる版枠４を用意する。この版枠４に、シルク、テトロン、ポリエステル等の有機繊維材料、またはステンレス、スチール等の金属材料からなるスクリーン用の紗を均一なテンションを負荷しつつ張り付けて、メッシュ状の支持体２（スクリーン）を作製する。この支持体２上に、乳剤状の感光性樹脂膜材料を塗布した後これを乾燥して、所定の厚みの感光膜（第一の層）を形成する。なお、予めシート状に成形した感光性樹脂膜材料をスクリーンに貼り付けて感光膜としてもよい。

この感光膜にポジフィルム等を密着させ、紫外光露光を行い、複数の開口部の配列パターンに対応する印刷用の抜き画像を支持体２上に形成する。即ち、抜き画像の部分のみポジフィルムによって紫外線が遮断され、抜き画像の部分以外の部分は紫外線により硬化する。

ついで、第二の層となる乳剤状の感光性樹脂膜材料を塗布した後これを乾燥して、所定の厚みの感光膜を形成する。なお、予めシート状に成形した感光性樹脂膜材料をスクリーンに貼り付けて感光膜としてもよい。また、この感光膜に 凸部のみ形成できるようなポジフィルム等を密着させ、紫外光露光を行い、前記の開口配列パターンの周辺部のみを硬化させ、水などを用いて未露光部分を現像することができる。

また、第二の層を撥油性を有する層とするためには、撥液性の高分子を主成分とし、その成分比率を大きくした感光性樹脂膜材料を用いることができる。なお、撥液性を付与すべくフッ素系、シリコーン系の乳剤を用いた場合には、接触角を大きくすることができるが、これらの乳剤は現像液に溶解し難い場合があるため、解像度が低下する傾向にある。

第一の層を形成させる際に用いられる乳剤状の感光性樹脂膜材料の特に好ましい具体例としては、ジアゾ系感光性樹脂、例えば「ＳＰ−２０２１」、「ＳＰ−２０４０」、「ＳＰ−３０００」、「ＳＰ−４０００」、「ＳＰ−８０００」、「ＳＰ−８３０１」、「ＳＰ−９４００」、「ＳＰ−９５００」、「ＳＰ−９６００」（いずれも、株式会社ムラカミ製）などの直接法乳剤や、あらかじめポリエステルフィルムの上に皮膜化した「ＭＳ−ＦＩＬＭ」、「ＭＳ−ＤＸ−Ｗ−ＦＩＬＭ」（いずれも、株式会社ムラカミ製）等を挙げることができる。

第二の層を形成させる際に用いられる乳剤状の感光性樹脂膜材料の好ましい具体例としては、第一の層を形成させる乳剤状の感光性樹脂膜材料として上記したものを挙げることができる。この中でも第二の層の形成に特に適するものとして、「ＳＰ−２０２１」、「ＳＰ−８０００」、「ＳＰ−９６００」などの直接法乳剤や、あらかじめポリエステルフィルムの上に皮膜化した「ＭＳ−ＤＸ−Ｗ−ＦＩＬＭ」等を挙げることができる。

凸部３ｂの硬度が凸部以外の部分の硬度よりも低いスクリーンマスクを目的とする際は、そのようなスクリーンマスクが得られるように、上記の二種の乳剤状の感光性樹脂膜材料の組み合わせ、各感光性樹脂膜材料の種類や濃度、溶媒の種類等を適宜定めることができる。

以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

実施例１
縦４５０ｍｍ×横４５０ｍｍの枠に張られた、縦２５０ｍｍ×横２５０ｍｍの２９０メッシュのステンレススクリーン（糸径２０μｍ）を公知の方法でコンビネーションマスクを作成した、これに、第１層形成用材料として感光材Ａ（株式会社ムラカミ製の「ＳＰ−９４００」）を２５μｍ塗布し、第１層形成用マスクを用いて露光を行った。次いで、上記の感光材Ａをさらに１５μｍ塗布し、第２層形成用マスクを用いて露光を行った。これにより、マスクパターン外周部に沿って連続した凸部（高さ１５μｍ、幅２００μｍ）を形成した。

被印刷物として表面粗さＲｚが１０．５μｍである太陽電池用多結晶シリコンウエハを用い、上記で得られた本発明によるスクリーンマスクによって、以下の条件にて印刷および印刷状態の評価を行った。

結果は、表２に示される通りである。なお、「印刷／背圧」の欄には、最も良好な印刷が得られた場合の印圧が示されている。

（イ）印刷条件：
印刷機:マイクロテック製 ＭＴ-５５０ＴＶ
スキージ:マイクロスキージ スキージ硬度：７０度
スキージ角度：７０°
スキージ速度：５０ｍｍ／ｓｅｃ.
クリアランス: ２.０ｍｍ
（ロ）印刷評価
まったくにじまなかった場合（パターン幅バラツキ≦２μ）を◎、ほとんどにじみが観察されなかった場合（２μ＜パターン幅バラツキ≦５μ）を○、にじみが観察された場合（５μ＜パターン幅バラツキ≦１０μ）を△、大きなにじみが観察された場合（パターン幅バラツキ＞１０μ）を×と評価した。なお、パターン幅バラツキとは、１００μｍ幅の印刷パターンを２０点測定した場合における、標準偏差をいう。
（ハ）連続印刷評価
１００回の印刷を行い、まったくにじまなかった場合（パターン幅バラツキ≦２μ）を◎、ほとんどにじみが観察されなかった場合（２μ＜パターン幅バラツキ≦５μ）を○、にじみが観察された場合（５μ＜パターン幅バラツキ≦１０μ）を△、大きなにじみが観察された場合（パターン幅バラツキ＞１０μ）を×と評価した。

実施例２および比較例１、２
表１に特記された以外は実施例１と同様にして、実施例２および比較例１、２のマスクパターンを製造した。各マスクパターンを用いて、実施例１と同様に印刷および印刷状態の評価を行った。結果は、表２に示される通りである。

まとめ
表２から明らかな通り、比較例１、では、にじみが大きく、印刷評価結果が良好ではなかった。これに対して、実施例１、２では、にじみの発生が効果的に抑止されており、良好な印刷評価結果を示した。そして、第二層を撥油性の感光材とした実施例２は、更に優れた連続印刷性を有するスクリーン印刷版であることが判明した。

本発明のスクリーンマスクを用いれば、複層の膜が、高精度かつ高密度に積層されてなる複層膜体を得ることができる。従って、本発明のスクリーン印刷版は、高い精度等とともに量産性をも要求される、電子部品の製造分野において好適に用いることができる。

本発明のスクリーンマスクの好ましい一具体例を示す図 図１のスクリーンマスクのＡ−Ａ断面を示す図

符号の説明

１ スクリーンマスク１
２ メッシュ状の支持体
３ マスクパターン
３ａ 第一の層
３ｂ 凸部（第二の層）
４ 版枠

Claims (6)

1. メッシュ状の支持体にマスクパターンが配設されたスクリーン印刷用のスクリーンマスクであって、前記マスクパターンの少なくとも輪郭部に凸部が形成されていることを特徴とする、スクリーンマスク。
2. 前記マスクパターンの前記凸部以外の部分に対する前記凸部の高さが、２μｍ〜１００μｍである、請求項１に記載のスクリーンマスク。
3. 前記マスクパターンおよび前記凸部が、感光性樹脂材料から形成された、請求項１または２に記載のスクリーンマスク。
4. 前記凸部の硬度が、前記マスクパターンの前記凸部以外の部分の硬度よりも低い、請求項１〜３のいずれか１項に記載のスクリーンマスク。
5. 前記凸部が、撥液性材料から形成された、請求項１〜４のいずれか１項に記載のスクリーンマスク。
6. メッシュ状の支持体の一方の面に第１の感光性樹脂材料によってマスクパターンを形成し、次いで、このマスクパターンの少なくとも輪郭部に第２の感光性樹脂材料によって凸部を形成することを特徴とする、スクリーンマスクの製造法。

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