JP2012077328A - 蒸着用マスク、その製造方法及び蒸着方法 - Google Patents

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

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）。

特開２００４−３４９０８６ 特開２００５−１５９０８ 特開２００７−２８０７７４

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。

実施の形態に係る蒸着用マスクの製造方法を示す側面図である。 実施の形態に係る蒸着用マスクの斜視図である。 図２のIII−III線断面図である。 別の実施の形態に係る蒸着用マスクの断面図である。 図４の蒸着用マスクの製造方法を示す側面図である。 さらに別の蒸着用マスクの製造方法を示す断面図である。

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。

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。

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。

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。

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

Claims (12)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。
7. 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。
8. 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。
9. 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。
10. 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。
11. 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。
12. 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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