JP2012077328A - 蒸着用マスク、その製造方法及び蒸着方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】製造が容易であり、軽量かつ高弾性であると共に、熱膨張率を著しく小さくすることも可能な蒸着用マスクと、その製造方法と、この蒸着用マスクを用いた蒸着方法とを提供する。
【解決手段】三次元移動ステージ2上にCFRP製マスク素板3が配置され、集光光学系1を介してレーザービームLがマスク素板3に照射される。三次元移動ステージ2を所定パターンに従って移動させることによりマスク素板3に蒸着通孔5を形成する。マスク素板3を不動とし、レーザービームLを走査移動させて所定パターンの蒸着通孔を形成してもよい。蒸着用マスク4にCFRP製の補強板6をレーザー照射による熱融着によって固着してもよい。
【選択図】図1
【解決手段】三次元移動ステージ2上にCFRP製マスク素板3が配置され、集光光学系1を介してレーザービームLがマスク素板3に照射される。三次元移動ステージ2を所定パターンに従って移動させることによりマスク素板3に蒸着通孔5を形成する。マスク素板3を不動とし、レーザービームLを走査移動させて所定パターンの蒸着通孔を形成してもよい。蒸着用マスク4にCFRP製の補強板6をレーザー照射による熱融着によって固着してもよい。
【選択図】図1
Description
本発明は、蒸着用マスクに係り、特に繊維強化複合材よりなる蒸着用マスクに関する。また、本発明は、この蒸着用マスクの製造方法と、この蒸着用マスクを用いた蒸着方法に関する。
ディスプレイ、太陽電池、有機EL照明、電子部品などの電極層、半導体膜、絶縁膜、配線などを蒸着方法によって形成する場合、所定のパターンを有したマスクが使用される。マスクは、フォトリソ法とNi電鋳法とで作成されている(特許文献1〜3)。
フォトリソ法とNi電鋳法とを組み合せた特許文献1〜3のマスク製造方法では、フォトレジスト層形成→透光性パターンフィルム作成→フォトレジスト層と透光性パターンフィルムを密着→現像→乾燥→未露光部分の溶解除去→母型→電鋳→一次電着層形成→母型から剥離という10を超える工程を経て、マスクを作成するため、マスク製造に極めて手間がかかり、製造コストも高い。また、電鋳金属としてニッケルや、ニッケルコバルト等のニッケル合金を用いており、素材コストが高いだけでなく、熱膨張率が高く、蒸着パターンの精度に影響が出る。また、重量当たりの弾性率が低く、マスクがたわみ易い。
本発明は、製造が容易であり、軽量かつ高弾性であると共に、熱膨張率を著しく小さくすることも可能な蒸着用マスクと、その製造方法と、この蒸着用マスクを用いた蒸着方法とを提供することを目的とする。
本発明(請求項1)の蒸着用マスクは、蒸着通孔を有する蒸着マスクにおいて、繊維強化複合材よりなることを特徴とするものである。
請求項2の蒸着用マスクは、請求項1において、前記繊維強化複合材に含まれる繊維が炭素繊維であることを特徴とするものである。
請求項3の蒸着用マスクは、請求項2において、前記炭素繊維がピッチ系炭素繊維であることを特徴とするものである。
請求項4の蒸着用マスクは、請求項1ないし3のいずれか1項において、前記繊維強化複合材に含まれる繊維の引張弾性率が30GPa以上であることを特徴とするものである。
請求項5の蒸着用マスクは、請求項1ないし4のいずれか1項において、前記蒸着通孔がレーザー加工により穿孔されたものであることを特徴とするものである。
請求項6の蒸着用マスクは、請求項1ないし5のいずれか1項において、補強板が取り付けられていることを特徴とするものである。
請求項7の蒸着用マスクは、請求項6において、前記補強板は蒸着用マスクの蒸着通孔同士の間のブラインド部及び蒸着用マスクの周縁部のブラインド部に固着されていることを特徴とするものである。
本発明(請求項8)の蒸着用マスクの製造方法は、蒸着通孔を有する蒸着用マスクを製造する方法において、繊維強化複合材よりなる素板にレーザー加工を施して該蒸着通孔を形成する工程を有することを特徴とするものである。
請求項9の蒸着用マスクの製造方法は、請求項8において、蒸着用マスクに対し、蒸着通孔を有した繊維強化複合材又は樹脂よりなる補強板を固着する工程を有することを特徴とするものである。
請求項10の蒸着用マスクの製造方法は、請求項9において、該補強板をレーザー照射による熱融着により固着することを特徴とするものである。
請求項11の蒸着用マスクの製造方法は、請求項8ないし10のいずれか1項において、前記繊維強化複合材に含まれる繊維が炭素繊維であることを特徴とするものである。
本発明(請求項12)の蒸着方法は、蒸着用マスクを用いた蒸着方法において、請求項1ないし7のいずれか1項に記載の蒸着用マスクを用いることを特徴とするものである。
本発明の蒸着用マスクは、繊維強化複合材よりなるため、軽量かつ高弾性である。この繊維強化複合材の繊維として、引張弾性率が30GPa以上、例えば400GPa以上のものを用いることにより、蒸着用マスクが著しく高弾性となる。
繊維強化複合材の繊維として炭素繊維特にピッチ系炭素繊維を用いることにより、蒸着用マスクの熱膨張率が著しく小さくなる。そのため、蒸着工程において蒸着用マスクの温度が上下してもマスクの膨張、収縮が小さく、高精度にて蒸着パターンを形成することが可能となる。
この蒸着マスクの蒸着通孔は、レーザー加工により短時間で容易にかつ高精度に形成することができ、蒸着用マスクの製造コストの大幅な低下も可能である。
以下、本発明について図面を参照してさらに詳細に説明する。
本発明の蒸着用マスクは、繊維強化合成樹脂等の繊維強化複合材よりなることを特徴とする。繊維強化複合材に含まれる繊維としては、弾性率が高く、熱膨張率が低く、また耐食性に優れたものが好適である。そのような繊維としては炭素繊維、特にピッチ系炭素繊維が挙げられる。繊維や合成樹脂の好ましい材料の詳細については後述する。
本発明では、特に繊維強化複合材として炭素繊維強化合成樹脂(CFRP)を用い、CFRP製のマスク素板に対し穿孔加工を施して蒸着通孔を形成するのが好ましく、特にレーザー加工によって蒸着通孔を穿孔することにより精細パターンの蒸着通孔を容易にかつ高精度にて形成することができる。
第1図は、このレーザーによる穿孔方法を示す側面図である。三次元移動ステージ2上にCFRP製マスク素板3が配置され、適宜の治具(図示略)によって固定保持されている。レーザー光源(図示略)からのレーザー光がビーム調整光学系(図示略)及び集光光学系1を介してレーザービームLとしてマスク素板3に照射される。三次元移動ステージ2を所定パターンに従って移動させることにより、マスク素板3に蒸着通孔5(第2,3図)を板厚方向に貫通させるようにして形成する。
第1図では、レーザービームLを不動とし、三次元移動ステージ2によってマスク素板3を移動させているが、マスク素板3を不動とし、レーザービームLを走査移動させて所定パターンの蒸着通孔を形成してもよい。
第2図はCFRP製蒸着用マスクの一例を示す斜視図、第3図は第2図のIII−III線断面図である。この蒸着用マスク4には多数のスリット状の蒸着通孔5が形成されている。なお、第2,3図では各蒸着通孔5は一直線状であるが、形成する蒸着パターンに応じた各種形状としうる。
第2,3図に示すCFRP製蒸着用マスク4の寸法の一例を挙げると、蒸着用マスク4の一辺の長さは5〜5000mm程度、厚みは0.01〜10mm程度、蒸着通孔5のスリット幅は0.01〜10mm程度、蒸着通孔5の配列ピッチは0.02〜20mm程度である。ただし、これらの寸法は一例であって、本発明はこれに限定されない。
第2,3図に示す蒸着用マスク4の剛性を高くするために、第4図のように蒸着用マスク4に補強板6を固着してもよい。この補強板6は、CFRP又は樹脂製であり、蒸着用マスク4と同じく、CFRP又は樹脂製の補強板素体に対し第1図のようにレーザー加工を施して蒸着通孔7を形成したものである。この補強板6は、蒸着用マスク4よりも厚みが大きい板状である。補強板6の厚みは蒸着用マスク4の厚みの1〜100倍特に2〜20程度が好適である。補強板6の蒸着通孔7は蒸着用マスク4の蒸着通孔5よりも大きく、蒸着用マスク4の投影面において蒸着通孔5は蒸着通孔7の内側に位置している。なお、補強板6にリブを設け、強度、剛性を高めてもよい。
この補強板6は、蒸着用マスク4の蒸着通孔5同士の間のブラインド部4aと、蒸着用マスク4の周縁部のブラインド部4bとに固着されている。この固着方法としては、蒸着用マスク4と補強板6とをレーザーによって熱融着する方法が好適である。
第5図は、この熱融着方法の一例を示す側面図であり、三次元移動ステージ2の上に補強板6がセットされ、適宜の治具(図示略)によって固定保持されている。この補強板6の上に蒸着用マスク4が重ね合わされ、適宜の治具によって固定保持されている。
第1図の場合と同様に、レーザー光源(図示略)からのレーザー光がビーム調整光学系(図示略)及び集光光学系1を介してレーザービームLとして蒸着用マスク4に照射される。三次元移動ステージ2を所定パターンに従って移動させることにより蒸着用マスク4のブラインド部4a,4bにレーザービームLを照射して照射部位を溶融させて補強板6に固着させる。この場合、レーザービームLを連続的に掃引して熱融着部を略一直線状に連続させてもよく、レーザービームをパルス状に照射することにより熱融着部をスポット状に形成してもよい。なお、第5図では、レーザービームLを不動とし、三次元移動ステージ2によって蒸着用マスク4及び補強板6を移動させているが、蒸着用マスク4及び補強板6を不動とし、レーザービームLを走査移動させて蒸着用マスク4と補強板6とを固着してもよい。
第5図では蒸着用マスク4の上には何も載置されていないが、第6図のようにレーザー光を透過させるガラス板等の透明板8を蒸着用マスク4の上に載せ、透明板8の自重により、又は透明板8を下方に押圧することにより、蒸着用マスク4を補強板6に密着させ、この状態でレーザー光を照射して蒸着用マスク4と補強板6とを固着してもよい。この場合のレーザー光は、レーザービームLを掃引して照射するものであってもよく、拡大ビームを蒸着用マスク4の全体に均一に照射するものであってもよい。
本発明の蒸着用マスクを用いて蒸着を行うには、一般的な蒸着方法と同様に、この蒸着用マスクを基板などの蒸着対象物の表面に重ね、蒸着を行えばよい。蒸着装置はCVD、PVDなどのいずれでもよい。補強板6付きの蒸着用マスク4を蒸着対象物の表面に配置するときには、補強板6が蒸着対象物と反対側となるようにする。
[繊維、合成樹脂についての説明]
本発明では、蒸着用マスク又は補強板を構成する繊維強化複合材に含まれる繊維としては炭素繊維とりわけピッチ系炭素繊維が好適である。
本発明では、蒸着用マスク又は補強板を構成する繊維強化複合材に含まれる繊維としては炭素繊維とりわけピッチ系炭素繊維が好適である。
ピッチ系炭素繊維の炭素質原料としては、配向しやすい分子種が形成されており、光学的には異方性の炭素繊維を与えるようなものであれば特に制限はない。例えば、石炭系のコールタール、コールタールピッチ、石炭液化物、石油系の重質油、タール、ピッチ、または、ナフタレンやアントラセンの触媒反応による重合反応生成物等が挙げられる。これらの炭素質原料には、フリーカーボン、未溶解石炭、灰分、窒素分、硫黄分、触媒等の不純物が含まれているが、これらの不純物は、濾過、遠心分離、あるいは溶剤を使用する静置沈降分離等の周知の方法であらかじめ除去しておくことが望ましい。
また、前記炭素質原料を、例えば、加熱処理した後、特定溶剤で可溶分を抽出するといった方法、あるいは、水素供与性溶剤、水素ガスの存在下に水添処理するといった方法で予備処理を行っておいても良い。
本発明で用いる炭素繊維の繊維径は3〜20μm、特に5〜15μmであることが好ましい。炭素繊維の繊維径が細過ぎると、取り扱い性に劣り、また、一般に極細の炭素繊維は高コストであるため、製品コストを押し上げる原因となる。炭素繊維の繊維径が太過ぎると、繊維強度が低下し、折れ易くなるため、好ましくない。
本発明で用いるピッチ系炭素繊維の繊維軸方向の引張弾性率は好ましくは400GPa以上、特に好ましくは440GPa以上、例えば500〜950GPaである。このように、それ自体、引張弾性率の高い炭素繊維を用いることにより、得られる炭素繊維強化樹脂製蒸着用マスクの曲げ弾性率を高くすることができる。
炭素繊維は黒鉛化処理することにより、引張弾性率が向上する。従って、本発明では、黒鉛化炭素繊維を用いてもよい。
なお、繊維としては、ピッチ系炭素繊維よりも若干弾性率が低いがPAN系炭素繊維を用いてもよい。また、引張弾性率が30GPa以上であるならば、炭素繊維以外の金属、ガラスなどの繊維を用いてもよい。
繊維強化複合材中の繊維の含有量は、繊維を配合したことによる耐衝撃性の低下等の問題を引き起こすことなく、繊維による補強効果を十分に得る上で、1〜99体積%、特に5〜75体積%とすることが好ましい。炭素繊維としては、長繊維が好適である。この長繊維は、CFRP製のマスクにおいて直交2方向に配向していることが好ましい。
[マトリックス樹脂]
次に、繊維強化複合材において、炭素繊維等の繊維と複合化するマトリックス樹脂について説明する。なお、以下の樹脂は樹脂製補強板を構成する樹脂としても用いることができる。
次に、繊維強化複合材において、炭素繊維等の繊維と複合化するマトリックス樹脂について説明する。なお、以下の樹脂は樹脂製補強板を構成する樹脂としても用いることができる。
炭素繊維と複合化する樹脂は、硬化性樹脂が好適であるが、蒸着マスクの使用温度が低いときには熱可塑性樹脂、硬化性樹脂のいずれでもよい。
硬化性樹脂としては、熱硬化性樹脂、光硬化性樹脂(例えば紫外線硬化性樹脂)、湿気硬化性樹脂等が挙げられる。
熱硬化性樹脂としては、常温で流動性を示し、加熱により硬化性を示す樹脂であれば特に限定されない。例えば、ポリウレタン、不飽和ポリエステル、フェノール樹脂、尿素樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリブタジエン、シリコーン樹脂、ビスマレイミド樹脂等を挙げることができる。特に、炭素繊維との接着性や剛性、取り扱い易さの観点からエポキシ樹脂が好ましい。
光硬化性樹脂としては、ラジカル重合性成分及び光ラジカル重合開始剤、カチオン重合性成分及び光カチオン重合開始剤からなる組成物が用いることができる。本発明では、特に制限はないが好ましくは硬化後の樹脂剛性を考慮した場合、カチオン重合性成分及び光カチオン重合開始剤からなる組成物を用いることが好ましい。
湿気硬化性樹脂としては、特開平2−16180、特開2000−036026、特開2000−219855、特開2000−211278、特開2000−219855、特開2002−175510等に記載の樹脂、具体的には、ウレタン系樹脂、アルコキシド基含有シリコーン系樹脂などが挙げられる。湿気硬化型接着剤の1例として、分子末端にイソシアネート基含有ウレタンポリマーを主成分とし、このイソシアネート基が水分と反応して架橋構造を形成するものがある。湿気硬化型接着剤としては、例えば積水化学工業社製9613N、住友スリーエム社製TE030、TE100、日立化成ポリマー社製ハイボン4820、カネボウエヌエスシー社製ボンドマスター170シリーズ、Henkel社製MacroplastQR3460等があげられる。
熱可塑性樹脂としては、ポリエチレン樹脂(PE)、ポリプロリレン樹脂(PP)、ポリメチルペンテン樹脂(PMP)、ポリ塩化ビニル樹脂(PVC)、ポリスチレン樹脂(PS)、アクリロニトリル/ブタジエン/スチレン共重合体(ABS)、ポリメチルメタアクリレート樹脂(PMMA)、ポリアミド樹脂(PA)、ポリエチレンテレフタレート樹脂(PET)、ポリブチレンテレフタレート樹脂(PBT)、ポリカーボネート樹脂(PC)、変性ポリフェニレンエーテル樹脂(変性PPE)、ポリエーテルサルホン樹脂(PES)、ポリイミド樹脂(PI)、ポリエーテルイミド樹脂(PEI)、ポリエーテルニトリル樹脂(PEN)、ポリアセタール樹脂(POM)、ポリフェニレンサルファイド樹脂(PPS)、ポリエーテルケトン樹脂(PEK)、ポリエーテルエーテルケトン樹脂(PEEK)、ポリフェニルサルフォン樹脂(PPSU)、ポリフタルアミド樹脂(PPA)等の芳香族ポリアミド樹脂などが挙げられる。
これらの樹脂は1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。
これらの樹脂は1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。
これらの樹脂には、難燃剤、カップリング剤、導電性付与剤、無機フィラー、紫外線吸収剤、酸化防止剤、各種染顔料等、通常、樹脂に配合される各種の添加剤を配合してもよい。
CFRP製マスク素板を製造するには、炭素繊維とマトリックス樹脂である熱硬化性樹脂とを混合した後、成形し、加熱等により樹脂を硬化させてマスク素板を成形するのが好ましい。具体的には、例えば、一方向に配向された炭素繊維を含むプリプレグを複数層、炭素繊維配向方向が直交方向となるように交互に積層し、加圧及び加熱することにより、CFRP製マスク素板を容易に製造することができる。
以下に実施例及び比較例を説明するが、これらにより本発明は何ら制限を受けるものではない。
なお、以下の実施例1,2で用いたCFRPは、ピッチ系炭素繊維としてダイアリードK63712(三菱樹脂(株)製、引張弾性率640GPa、繊維径11μm)を55体積%含むエポキシ樹脂よりなるものである。具体的には、一方向に配向した上記炭素繊維を含むプリプレグシートを、炭素繊維配向方向が直交方向となるように交互に積層し、加圧及び加熱して厚さ0.2mmのCFRP製マスク素板を製造して、このマスク素板を用いてマスクを製造した。
[実施例1]
上記CFRPよりなる、辺長50×50mm、厚さ0.2mmのマスク素板3を第1図の通り三次元移動ステージ2にセットし、レーザービームLを照射して蒸着通孔5を穿孔して蒸着用マスク4を製造した。蒸着通孔5のスリット幅は0.2mm、配列ピッチは0.5mm、本数は80本である。このレーザー光としてはパルス幅200ピコ秒、パルス繰り返し周波数1kHzの赤外レーザー光を用いた。
上記CFRPよりなる、辺長50×50mm、厚さ0.2mmのマスク素板3を第1図の通り三次元移動ステージ2にセットし、レーザービームLを照射して蒸着通孔5を穿孔して蒸着用マスク4を製造した。蒸着通孔5のスリット幅は0.2mm、配列ピッチは0.5mm、本数は80本である。このレーザー光としてはパルス幅200ピコ秒、パルス繰り返し周波数1kHzの赤外レーザー光を用いた。
この蒸着用マスクは、同一寸法の蒸着通孔を同一数だけ有したニッケル製蒸着用マスクに比べて重量が約20%である。
なお、レーザーのパルス幅は200ピコ秒に限定されるものではなく、パルスエネルギーが大きいナノ秒レーザーや加工による熱影響を極力低減するために100フェムト秒の超短パルスレーザーを用いてもよい。さらに、レーザーの波長も赤外域に限定されるものではなく、CFRPに吸収されやすい可視域や紫外域の波長のレーザーを用いる方が望ましい。パルスの繰り返し周波数やビーム走査速度、および走査回数は材料の厚みや素材によって最適化されるものである。
[実施例2]
実施例1と同様にして、辺長50×50mm、厚さ0.2mm、蒸着通孔7のスリット幅0.3mm、配列ピッチ0.5mm、本数17本の補強板6を製造した。なお、スリット5本おきに幅0.2mmのリブを1本設けた。この補強板6を第5図の通り三次元移動ステージ2にセットし、その上に実施例1で製作した蒸着用マスク4を重ね、治具で固定した。次いで、パルス幅200ナノ秒、パルス繰り返し周波数25kHzの赤外レーザービームLを蒸着用マスク4に集光照射し、蒸着用マスク4と補強板6とを熱融着した。
実施例1と同様にして、辺長50×50mm、厚さ0.2mm、蒸着通孔7のスリット幅0.3mm、配列ピッチ0.5mm、本数17本の補強板6を製造した。なお、スリット5本おきに幅0.2mmのリブを1本設けた。この補強板6を第5図の通り三次元移動ステージ2にセットし、その上に実施例1で製作した蒸着用マスク4を重ね、治具で固定した。次いで、パルス幅200ナノ秒、パルス繰り返し周波数25kHzの赤外レーザービームLを蒸着用マスク4に集光照射し、蒸着用マスク4と補強板6とを熱融着した。
なお、レーザーのパルス幅は200ナノ秒に限定されるものではなく、10ナノ秒以上のパルス幅のレーザーや連続発振のレーザー光を用いてもよい。パルスレーザー光を用いる場合はパルス数と走査速度の制御により入熱を精密にコントロールできることが期待される。さらに、レーザーの波長も赤外域に限定されるものではなく、CFRPに吸収されやすい可視域や紫外域の波長のレーザーを用いてもよい。パルスの繰り返し周波数やビーム走査速度、および走査回数は材料の厚みや素材によって最適化されるものである。この実施例2においては、レーザービームLを連続的に掃引して熱融着したが、スポット状に融着することで加工時間を短縮するようにしてもよい。
1 集光光学系
2 三次元移動ステージ
3 マスク素板
4 蒸着用マスク
4a,4b ブラインド部
5 蒸着通孔
6 補強板
7 蒸着通孔
8 透明板
2 三次元移動ステージ
3 マスク素板
4 蒸着用マスク
4a,4b ブラインド部
5 蒸着通孔
6 補強板
7 蒸着通孔
8 透明板
Claims (12)
- 蒸着通孔を有する蒸着マスクにおいて、繊維強化複合材よりなることを特徴とする蒸着用マスク。
- 請求項1において、前記繊維強化複合材に含まれる繊維が炭素繊維であることを特徴とする蒸着用マスク。
- 請求項2において、前記炭素繊維がピッチ系炭素繊維であることを特徴とする蒸着用マスク。
- 請求項1ないし3のいずれか1項において、前記繊維強化複合材に含まれる繊維の引張弾性率が30GPa以上であることを特徴とする蒸着用マスク。
- 請求項1ないし4のいずれか1項において、前記蒸着通孔がレーザー加工により穿孔されたものであることを特徴とする蒸着用マスク。
- 請求項1ないし5のいずれか1項において、補強板が取り付けられていることを特徴とする蒸着用マスク。
- 請求項6において、前記補強板は蒸着用マスクの蒸着通孔同士の間のブラインド部及び蒸着用マスクの周縁部のブラインド部に固着されていることを特徴とする蒸着用マスク。
- 蒸着通孔を有する蒸着用マスクを製造する方法において、繊維強化複合材よりなる素板にレーザー加工を施して該蒸着通孔を形成する工程を有することを特徴とする蒸着用マスクの製造方法。
- 請求項8において、蒸着用マスクに対し、蒸着通孔を有した繊維強化複合材又は樹脂よりなる補強板を固着する工程を有することを特徴とする蒸着用マスクの製造方法。
- 請求項9において、該補強板をレーザー照射による熱融着により固着することを特徴とする蒸着用マスクの製造方法。
- 請求項8ないし10のいずれか1項において、前記繊維強化複合材に含まれる繊維が炭素繊維であることを特徴とする蒸着用マスクの製造方法。
- 蒸着用マスクを用いた蒸着方法において、請求項1ないし7のいずれか1項に記載の蒸着用マスクを用いることを特徴とする蒸着方法。
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