JP2019042762A - 蒸着マスクの製造方法及び加工マスク - Google Patents

Abstract

【課題】開口寸法のばらつきを低減すると共に加工時間の短縮化を図る蒸着マスクの製造方法及び加工マスクを提供する。【解決手段】複数の貫通孔を有する蒸着マスクの製造方法であって、加工マスク１を載置した移動装置４により加工マスクを移動開始位置に設定し、加工対象物９を載置しているステージ装置７により加工対象物をレーザ光Ｌの照射エリアとなる加工面での貫通孔９１を形成する加工位置に位置決めし、加工マスクを移動開始位置から予め定められた加工経路に従って移動させ、加工マスクの移動に伴ってマーク領域Ｍを光学式のセンサ５で検出する毎にレーザ光を射出し、貫通孔を形成するまで、レーザ光が射出される毎にマーク領域に対応付けられた透光領域を透過したレーザ光を加工面に縮小投影し、予め定められた個数の貫通孔の形成が終了するまで、加工マスクの移動開始位置への設定からレーザ光の加工面への縮小投影までの一連の処理を繰り返す。【選択図】図６

Description

本発明は、パルスのレーザ光を加工対象物に照射することにより形成される複数の貫通孔を有する蒸着マスクを製造する方法に関し、特に、貫通孔における開口寸法のばらつきを低減すると共に加工時間の短縮化を図る蒸着マスクの製造方法及び加工マスクに係るものである。

従来から、レーザ加工用マスクを介して、レーザ光を被加工物に照射して所定の形状に形成する加工方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。ここで、上記加工方法では、被加工物をステージに載置して、そのステージを移動させてレーザ照射を行っている。

特開２００８−２０７２０２号公報

しかし、上記加工方法では、ステージを移動させてレーザ照射を行なうため、レーザ照射による加工面の位置ずれに伴う開口寸法のばらつきが発生しやすいという問題を有している。ここで、有機ＥＬ（Electro Luminescence）膜等の成膜用の蒸着装置に用いる蒸着マスクは、貫通孔の開口に関し、蒸着源側が広く、基板面側が狭くなるテーパ状又は階段状であることが望ましい。そのため、貫通孔における開口寸法にばらつきが生じたものを使用すると、有機ＥＬ膜の膜厚差が生じる等の不具合が生じてしまう。
一方、特許文献１には、レーザ加工用マスクを取り付けて移動制御するマスク用ステージも開示されているが、レーザのショット毎にレーザ加工用マスクの移動と停止とを繰り返しているので加工時間が長くなるおそれがある。

そこで、本発明は、このような問題点に対処し、開口寸法のばらつきを低減すると共に加工時間の短縮化を図る蒸着マスクの製造方法及び加工マスクを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明による蒸着マスクの製造方法は、レーザ装置から射出されたパルスのレーザ光を加工対象物に照射することにより形成される複数の貫通孔を有する蒸着マスクを製造する方法であって、上記レーザ光を透過させる透光領域と、上記レーザ光を遮蔽する遮光領域と、上記透光領域の位置に応じて設けられ、上記レーザ光の射出タイミングを規定するマーク領域とを有し、上記透光領域が予め定められた間隔を置いて１列又は複数列に設けられ、上記加工対象物に上記貫通孔を形成するときの孔幅が、深さ方向に対して最上部よりも底部が狭くなるように、上記透光領域の入射面の開口面積が各々定められた加工マスクを載置した移動装置により、上記加工マスクを移動開始位置に設定し、上記レーザ光を上記加工マスクを介して上記加工対象物に照射するため、上記加工対象物を載置しているステージ装置により、上記加工対象物を上記レーザ光の照射エリアとなる加工面での加工位置に位置決めし、上記移動装置により、上記加工マスクを上記移動開始位置から予め定められた加工経路に従って移動させ、上記加工マスクの移動に伴って上記マーク領域を光学式のセンサで検出する毎に上記レーザ光を射出し、上記貫通孔を形成するまで、上記レーザ光が射出される毎に上記マーク領域に対応付けられた上記透光領域を透過した上記レーザ光を上記加工面に縮小投影し、予め定められた個数の貫通孔の形成が終了するまで、上記加工マスクの上記移動開始位置への設定から上記レーザ光の上記加工面への縮小投影までの一連の処理を繰り返す。

また、本発明による加工マスクは、レーザ装置から射出されたパルスのレーザ光を加工対象物に照射することにより形成される複数の貫通孔を有する蒸着マスクを製造するのに使用される加工マスクであって、上記レーザ光を透過させる透光領域と、上記レーザ光を遮蔽する遮光領域と、上記透光領域の位置に応じて設けられ、上記レーザ光の射出タイミングを規定するマーク領域とを有し、上記透光領域が予め定められた間隔を置いて１列又は複数列に設けられ、上記加工対象物に上記貫通孔を形成するときの孔幅が、深さ方向に対して最上部よりも底部が狭くなるように、上記透光領域の入射面の開口面積が各々定められている。

本発明の蒸着マスクの製造方法によれば、加工対象物をレーザ光の照射エリアとなる加工面での加工位置に位置決めした上で、加工マスクの移動に伴って、マーク領域を光学式のセンサで検出する毎にレーザ光を射出し、マーク領域に対応付けられた透光領域を透過したレーザ光を加工面に縮小投影するようにしているので、加工マスクの本来あるべき位置からの位置ずれが生じたとしても、その位置ずれが縮小されるので、加工対象物を移動させた場合のステージの位置ずれと比較して、開口寸法のばらつきを低減することができる。また、レーザショット毎に加工マスクの移動と停止とを繰り返す必要もないので、加工時間の短縮化を図ることができる。

また、本発明の加工マスクによれば、開口寸法のばらつきを低減すると共に加工時間の短縮化を図る加工マスクを提供することができる。

第１実施形態における蒸着マスクの製造方法に使用するレーザ加工装置の構成図である。 第１実施形態における加工マスクの一例を示す平面図である。 図２のＡ−Ａ線断面図である。 第１実施形態における移動装置の平面図である。 第１実施形態における移動装置の平面図である。 第１実施形態における蒸着マスクの製造方法の流れ図である。 第１実施形態におけるレーザショットのタイミングの一例を示すタイミング線図である。 第１実施形態における蒸着マスクの製造工程を説明する模式図である。 第１実施形態における蒸着マスクの製造工程を説明する模式図である。 第１実施形態における蒸着マスクを説明する図である。 第１実施形態における疑似的なテーパ形状を有する貫通孔を説明する図である。 第１実施形態における加工マスクの他の例を示す平面図である。 第２実施形態における加工マスクの一例を示す平面図である。 第２実施形態における加工マスクのグラデーション開口を説明する図である。 加工マスクの透光領域を全てグラデーション開口とした場合の蒸着マスクの開口パターンを説明する図である。 第２実施形態における蒸着マスクの製造工程を説明する模式図である。 第２実施形態における蒸着マスクの製造工程を説明する模式図である。 第２実施形態における加工マスクを使用した場合の効果を説明する図である。 第３実施形態における加工マスクの一例を示す平面図である。 図１９のＡ−Ａ線断面図及びレーザ照射について説明する図である。 第３実施形態における加工マスクとレーザ照射との関係を説明する図である。

以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。なお、説明をわかりやすくするため、初めに、本発明による蒸着マスクの製造方法に使用する装置構成例について説明をする。
図１は、第１実施形態における蒸着マスクの製造方法に使用するレーザ加工装置の構成図である。レーザ加工装置１００は、蒸着マスクの元になる加工対象物（以下、「対象物」という。）９に対して、加工マスク１を介してレーザ光Ｌを照射して蒸着マスクを製造するものである。ここで、対象物９は、例えば樹脂製のフィルムであって、詳細には、ポリイミドフィルムである。なお、加工マスク１の構成については図２を用いて後述する。レーザ加工装置１００は、レーザ装置２、均一化光学系３、移動装置４、フォトセンサ５、縮小光学系６、ステージ装置７及び制御部８を備える。

レーザ装置２は、レーザ発振によるパルスのレーザ光Ｌを予め定められた時間間隔で射出するものであって、レーザヘッド２１と、レーザ電源２２と、パルスジェネレータ２３とを備える。レーザ装置２は、例えば、波長が３５５ｎｍ（第三高調波）のＹＡＧ（Yttrium Aluminum Garnet）レーザを用いてレーザ光Ｌを射出する。なお、レーザ装置２において、ＹＡＧレーザを採用したが、これに限られず、例えば、紫外領域のレーザであって、波長が３０８ｎｍのエキシマレーザを採用してもよい。

レーザヘッド２１は、例えばランプ励起型のＹＡＧレーザ装置であって、レーザ電源２２から制御を受ける。レーザ電源２２は、制御部８からの制御信号を受信することにより、例えば、レーザヘッド２１から射出されるレーザ光Ｌの光路を開閉するシャッタ（図示省略）の制御を行なったり、レーザ出力値を設定してレーザヘッド２１に対して電力を供給したりする。パルスジェネレータ２３は、制御部８からの指示（指令コマンド）によりレーザ発振のトリガ信号（トリガ信号ＯＮ）を生成する。レーザ電源２２は、パルスジェネレータ２３からトリガ信号を受信することで、レーザヘッド２１からレーザ光Ｌ（レーザパルス）を射出可能な構成になっている。

均一化光学系３は、主に、レーザ光Ｌの面内エネルギー強度を均一にするものであって、例えば、ホモジナイザレンズ３１と、コンデンサレンズ３２等の光学素子を備える。ホモジナイザレンズ３１は、レーザビームのビームプロファイルを制御する光学素子であって、ビームの中心の強度が高いガウシアン分布のビームプロファイルを均一な光強度分布のビームプロファイルに変換するものである。コンデンサレンズ３２は、例えば、ホモジナイザレンズ３１を透過したレーザ光Ｌを、加工マスク１の予め定められた領域に照射できるようにビームの断面を矩形に整形するものである。

移動装置４は、加工マスク１を移動開始位置から予め定められた加工経路上を移動させるものであって、加工マスク１を載置して移動させる駆動機構を備える。コンデンサレンズ３２を透過したレーザ光Ｌは、ミラー３３により、加工マスク１の照射領域に導かれる。移動装置４の詳細については、図４、５を用いて後述する。

フォトセンサ５は、光学式のセンサの一例であって、移動装置４に設置され、加工マスク１に設けられたショットタイミング（射出タイミング）を規定するマークＭを検出するものである。マークＭは、マーク領域の一例である。フォトセンサ５は、例えば、反射型光センサであって、図２に示す加工マスク１の遮光膜１３とマークＭとの反射率の差異に基づいて、マークＭを検出する。フォトセンサ５は、加工マスク１の移動に伴ってマークＭを検出する毎に、そのマークＭを検出したことを示す検出信号を制御部８に送信する。

縮小光学系６は、加工マスク１を透過したレーザ光Ｌを対象物９の加工面に縮小投影するものであって、顕微鏡６１、対物レンズ６２を備える。第１実施形態では、一例として、０．１倍の縮小投影になるように設定されている。なお、縮小投影による倍率は、０．１倍に限られず、例えば、微細加工に応じて、０．１〜０．０２倍の範囲で縮小投影になるように設定してもよい。また、縮小光学系６は、加工マスク１にマイクロアレイ型のレンズを採用する方式にしてもよい。

ステージ装置７は、対象物９を水平面内で移動させるものであって、具体的には、対象物９をステージ上に載置して、対象物９をレーザ光Ｌの照射エリアとなる加工面での加工位置に位置決めするために、一方向（矢印Ａ１方向）に移動させて停止する。ここで、ステージ装置７は、ステージ制御部（図示省略）を備え、制御部８からの制御信号に基づいて、ステージ制御部により、ステージ上に載置された対象物９を移動させる。なお、ステージ装置７は、公知の搬送手段を適用することができる。

制御部８は、各々の装置を統合して制御するものであって、例えば、コンピュータによって実現可能となる。この場合、コンピュータは、プロセッサ、メモリ、入力装置、通信インターフェース及び表示装置等を備える。なお、制御部８は、レーザ装置２、移動装置４及びステージ装置７に制御信号等を送信するため、通信回線により接続されている。ここで、メモリには、本発明による蒸着マスクの製造方法を実行するためのプログラムが記憶されており、制御部８は、例えば、このプログラムに従って、レーザ装置２、移動装置４及びステージ装置７を統合して制御する。

詳細には、制御部８は、マークＭを検出したことを示す検出信号を受信する毎に、パルスジェネレータ２３を介してレーザ発振のトリガ信号を同期させることでレーザ装置２にレーザショットを実行させる。これにより、加工マスク１が移動中であっても、マークＭに対応付けられた透光領域へ精度良くレーザ光Ｌを照射することができる。

図２は、第１実施形態における加工マスクの一例を示す平面図である。図３は、図２のＡ−Ａ線断面図である。加工マスク１は、図１に示す対象物９上に照射されるレーザ光Ｌの照射形状を定めるものである。加工マスク１は、薄板の平板形状をしており、レーザ装置２から射出されたパルスのレーザ光Ｌを透過させる複数の開口１０、１１、１２と、レーザ光Ｌを遮蔽する遮光膜１３と、開口１０、１１、１２の位置に応じて設けられ、レーザ光Ｌのショットタイミングを規定する複数のマークＭとを有する。開口１０、１１、１２は、透光領域の一例であり、遮光膜１３は、遮光領域の一例であって反射膜としても機能する。

加工マスク１には、例えば、透明な石英基板１４上に成膜されたクロム（Ｃｒ）又はアルミニウム（Ａｌ）等の遮光膜１３が成膜されたおり、遮光膜１３を除く領域に開口１０、１１、１２及びマークＭが設けられている。但し、クロム（Ｃｒ）よりもアルミニウム（Ａｌ）の方が、反射率が高いので、第１実施形態では、フォトセンサ５の使用の観点からアルミニウムを採用することが好ましい。なお、マークＭの形状は、矩形に限られず、円形等、他の形状であってもよい。

詳細には、加工マスク１には、図２に示すように、一例として、加工マスク１の移動方向（Ｙ方向）に配列ピッチｗ_１で、開口面積が３種類の開口パターン（大、中、小サイズ）として、開口１０（大サイズ）が２つ、開口１１（中サイズ）が２つ、開口１２（小サイズ）が２つというように間隔を置いて一直線に並べて設けられている。つまり、開口１０、１１、１２等の透光領域を透過するレーザ光Ｌのビームの断面積が対象物９を加工する深さ方向に応じて小さくなるように透光領域の入射面の開口面積が各々定められている。換言すると、対象物９に貫通孔を形成するときの孔幅（以下、「開口寸法」という。）が、深さ方向に対して最上部よりも底部が狭くなるように、透光領域の入射面の開口面積が各々定められている。なお、透光領域の入射面とは、透光領域におけるレーザ光Ｌの入射面を意味する。このような構成になっているのは、対象物９の加工深さに応じて、開口寸法を変えるためである。つまり、対象物９の貫通孔を擬似的なテーパ形状にするためである。ここで、蒸着マスクの使用に関しては、貫通孔の開口に関し、上記最上部が蒸着源側となり、上記底部が基板面側となる。

また、Ｘ方向に配列ピッチｗ_２で、同一の構成がマトリクス状に設けられている。ここで、図２に示す破線で囲まれた開口群（以下、「開口列１５」という。）が、１つの列を形成し、加工マスク１では、３列の開口列１５を形成している。つまり、加工マスク１では、開口面積が加工マスク１の移動開始位置からの移動方向に応じてレーザ光Ｌの複数ショット毎に小さくなるように形成されていることを特徴としている。換言すると、開口面積は、１列又は複数列の列方向に段階的に小さい面積を有している。これは、蒸着マスクの貫通孔が複数ショット毎に応じて段差を有する疑似的なテーパ形状に形成されることを意味する。

さらに、加工マスク１には、一例として、加工マスク１の移動方向（Ｙ方向）に、配列ピッチｗ_３で、マークＭが一直線に並べて設けられている。ここで、マークＭと３列の開口列１５とは、Ｙ方向に並列に配置されている。但し、マークＭを検出した後にそのマークＭに対応付けられた透光領域にレーザ光Ｌを照射する条件を満たすように、マークＭの位置が開口列１５に対してずれて配置されている。つまり、加工マスク１の移動方向に最初に検出されるマークＭが、移動方向に最初にレーザショットされる１行目の開口１０に対応付けられており、２番目に検出されるマークＭが、２回目にレーザショットされる２行目の開口１０に対応付けられている。以下同様にして、６番目に検出されるマークＭが、６回目にレーザショットされる６行目の開口１２に対応付けられている。つまり、開口１０、１１、１２等の透光領域の位置に応じて各々のマークＭが設けられている。

図３に示すように、マークＭは、遮光膜１３が成膜されていないため、結果的に石英ガラスの開口を形成している。これにより、マークＭは、フォトセンサ５からの光を透過させるので、フォトセンサ５は、遮光膜１３の反射率との差異から、加工マスク１が移動してもマークＭの位置を容易に検出することができる。なお、フォトセンサ５は、反射型光センサに限られず、透過型光センサを用いてもよい。

図４、図５は、第１実施形態における移動装置の平面図である。図４は、加工マスク１の移動開始位置を示しており、図５は、加工マスク１の移動終了位置を示している。移動装置４は、加工マスクホルダ４１、加工マスク用ステージ４２、Ｘ軸モータ４３、駆動軸４４、Ｙ軸モータ４５、駆動軸４６及びフォトセンサ取付部４７を備える。

加工マスクホルダ４１には、加工マスク用ステージ４２、Ｘ軸モータ４３、駆動軸４４、Ｙ軸モータ４５、駆動軸４６及びフォトセンサ取付部４７が設置される。加工マスク用ステージ４２は、加工マスク１を載置する。Ｘ軸モータ４３は、加工マスク１の設置を調整するものであって、Ｘ軸モータ４３の回転により、加工マスク１は、駆動軸４４によりＸ方向に調節可能に制御される。Ｙ軸モータ４５は、加工マスク１の移動を行なうためのものであって、Ｙ軸モータ４５の回転により、加工マスク１は図中矢印Ａ２で示す加工経路を往復可能に走行する。フォトセンサ取付部４７は、フォトセンサ５でマークＭを検出可能とするために加工マスク１の上方に設置するための部材である。レーザ照射の領域４８は、均一化光学系３を透過したレーザ光Ｌによって照射される領域を明示的に表している。

つまり、レーザ照射の領域４８は、変動するのではなく一定である。ここで、マークＭは、加工マスク１上のレーザ照射の領域外に設けられるように設計されており、フォトセンサ５によってマークＭを検出することによって、移動する加工マスク１とレーザショットとを同期することができる。なお、このレーザ照射の領域４８の鉛直下向き方向に、対象物９の貫通孔を形成する加工面が位置決めされる。このレーザ照射の領域４８が縮小光学系６で縮小される加工マスク１の投影像であって、加工マスク１の開口の投影像であるレーザ光Ｌが加工面に照射される。すなわち、縮小投影によるレーザ加工により、貫通孔が形成される。

次に、このように構成されたレーザ加工装置１００の動作及びこの装置による蒸着マスクの製造方法について説明する。
図６は、第１実施形態における蒸着マスクの製造方法の流れ図である。図７は、第１実施形態におけるレーザショットのタイミングの一例を示すタイミング線図である。図７において、（ａ）はフォトセンサ５が検出するフォトセンサ信号を示し、（ｂ）はフォトセンサ信号（ＯＮ状態）に基づいて生成されるレーザ発振のトリガ信号を示し、（ｃ）は、トリガ信号に基づくレーザ発振によりレーザショットのタイミングを示している。

ここで、第１実施形態では、説明の便宜上、ポリイミドフィルムの対象物９に対して、レーザ加工装置１００により、レーザ加工が施されて、予め定められた個数の貫通孔が全て完成した状態を、蒸着マスクと称することとする。なお、第１実施形態では、ポリイミドフィルムの膜厚を、一例として、５μｍとし、図２に示す３つの開口列１５に対して、一行ずつレーザ照射を行なう。つまり、第１実施形態では、６回のレーザショットにより照射対象の各々の加工面において貫通孔が形成される場合について例示する。

先ず、図１に示すレーザ加工装置１００の電源がオンされ、レーザ照射可能なレディ状態に移行した後、制御部８が、入力装置を介して作業者から蒸着マスクの製造の動作開始を示す指示入力を受け付ける。すると、制御部８は、蒸着マスクの製造方法を実行するためのプログラムに基づいて、図６に示す流れ図の処理を開始する。

工程Ｓ１０１において、制御部８は、移動装置４を介して加工マスク１を移動開始位置に設定する。具体的には、制御部８が、移動装置４に対して指示を出すことにより、移動装置４は、加工マスク１を図４に示す移動開始位置に位置決めする。但し、この工程Ｓ１０１では、初期状態において、加工マスク１は移動開始位置にあり、後述するように、加工マスク１が図５に示す移動終了位置にあるときに、移動装置４は、元の移動開始位置の戻す処理を行なう。

工程Ｓ１０２において、制御部８は、対象物９の位置決めを行なう。具体的には、先ず、制御部８がステージ装置７に対して対象物９を加工位置まで搬送させる制御信号を送信する。すると、その制御信号を受信したステージ装置７が加工位置よりも上流側の位置にある対象物９を図１に示す矢印Ａ１方向（上流側から下流側）に搬送させる処理を開始させる。続いて、ステージ装置７は、対象物９を加工位置に位置決めする。そして、位置決めしたことを示す信号を制御部８に送信する。すると、制御部８により、工程Ｓ１０３に移行する。

工程Ｓ１０３において、制御部８は、加工マスク１の移動を開始させる。具体的には、移動装置４は、制御部８からの移動開始の指示を受けることにより、図４に示すＹ軸モータを回転させ、加工マスク１の移動を開始させる。ここで、レーザの繰り返し周波数を例えば５０Ｈｚとした場合、移動速度は、一例として、２５０ｍｍ／ｓｅｃとする。

工程Ｓ１０４において、制御部８は、ショットタイミング用のマークＭについて検出の有無を判定する。図７に示すタイミング線図において、フォトセンサ５は、マークＭを検出する毎に、フォトセンサ信号をＯＮにして制御部８に送信する。このフォトセンサ信号は、検出信号の一例である。つまり、制御部８は、マークＭを検出したことを示すフォトセンサ信号（ＯＮ状態）を受信しない場合には、マークＭについて検出なしと判定し（工程Ｓ１０４：Ｎｏ）、フォトセンサ信号（ＯＮ状態）を受信するまで、工程Ｓ１０４の処理を繰り返す。つまり、フォトセンサ５は、遮光膜１３からの反射光を受光している間は、マークＭについて検出なしと判定することになる。一方、制御部８は、フォトセンサ信号（ＯＮ状態）を受信した場合には、マークＭについて検出ありと判定し（工程Ｓ１０４：Ｙｅｓ）、工程Ｓ１０５の処理に移行する。

工程Ｓ１０５において、制御部８は、レーザ発振のトリガ信号の生成及び出力を行なう。詳細には、制御部８は、図７に示す通り、フォトセンサ信号（ＯＮ状態）を受信すると、制御部８からの指示により、パルスジェネレータ２３は、トリガ信号を生成する。そして、このトリガ信号（ＯＮ状態）がレーザ電源２２に出力されると、工程Ｓ１０６の処理に移行する。

工程Ｓ１０６において、制御部８は、レーザ装置２にレーザショットを実行させる。詳細には、制御部８は、図７に示す通り、フォトセンサ信号（ＯＮ状態）を受信する毎に、パルスジェネレータ２３にレーザ発振のトリガ信号を同期させることでレーザ装置２のレーザ電源２２にレーザショットを実行させる。このレーザショットにより、レーザヘッド２１からレーザ光Ｌが射出されると、工程Ｓ１０７の処理に移行する。

工程Ｓ１０７において、制御部８により、射出されたレーザ光Ｌは、均一化光学系３を介して加工マスク１に照射される。さらに、マークＭに対応付けられた透光領域を透過したレーザ光Ｌは縮小光学系６を介して縮小投影され、加工面に照射される。これにより、縮小投影よるレーザ加工が実行される。つまり、この縮小投影する処理は、加工マスク１の透光領域を透過したレーザ光Ｌを予め定められた倍率で縮小投影する縮小光学系６を介して、加工面に縮小投影されたレーザ光を照射する。そして、工程Ｓ１０８の処理に移行する。

工程Ｓ１０８において、制御部８は、現在の加工位置で貫通孔の形成が終了したか否かを判定する。終了した場合（工程Ｓ１０８：Ｙｅｓ）、工程Ｓ１０９の処理に移行し、終了していない場合（工程Ｓ１０８：Ｎｏ）、工程Ｓ１０４の処理に戻る。
図８、図９は、第１実施形態における蒸着マスクの製造工程を説明する模式図である。ここで、図８、図９では、図２に示す開口列１５に着目し、加工マスク１が移動開始位置から移動終了位置まで移動した場合における対象物９の加工位置での開口の形成を時系列に示している。これにより、現在の加工位置において、貫通孔が形成される。

図８（ａ）は、工程Ｓ１０３における加工マスク１の移動開始の状態を示している。図８（ｂ）は、実際にレーザ加工を実行する１回目のレーザショットがなされ、開口１０（大サイズ）をレーザ光Ｌが透過し、対象物９の加工面が、レーザアブレーションにより削られた状態を表している。但し、このレーザアブレーションは、周辺が汚染されないようにレーザ出力が調整されている（以下同様）。つまり、工程Ｓ１０４〜工程Ｓ１０７の処理が実行されたことを意味する。図８（ｃ）は、工程Ｓ１０８において対象物９の現在の加工位置での貫通孔の形成が終了していないため、再び、工程Ｓ１０４の処理に戻り、２回目のレーザショットがなされ、開口１０をレーザ光Ｌが透過し、対象物９の加工面が、削られた状態を表している。以下、同様にして、図８（ｄ）は、３回目のレーザショットがなされ、開口１１（中サイズ）をレーザ光Ｌが透過し、対象物９の加工面が削られた状態を表している。図９（ａ）は、４回目のレーザショットがなされ、開口１１（中サイズ）をレーザ光Ｌが透過し、対象物９の加工面が削られた状態を表している。

図９（ｂ）は、５回目のレーザショットがなされ、開口１２（小サイズ）をレーザ光Ｌが透過し、対象物９の加工面が削られた状態を表している。図９（ｃ）は、６回目のレーザショットがなされ、開口１２（小サイズ）をレーザ光Ｌが透過し、対象物９の加工面が削られた状態を表している。図９（ｄ）は、現在の加工位置での貫通孔の形成が終了したことを表しており、制御部８は、工程Ｓ１０９の処理に移行する。

工程Ｓ１０９において、制御部８は、加工マスク１の移動を停止させ、工程Ｓ１１０の処理に移行する。
工程Ｓ１１０において、制御部８は、予め定められた個数（全個数）の貫通孔の形成が終了したか否かを判定する。終了していない場合（工程Ｓ１１０：Ｎｏ）、工程Ｓ１０１に戻り、図６に示す流れ図の一連の処理を繰り返す。すなわち、制御部８は、加工マスク１を元の移動開始位置に戻し（工程Ｓ１０１）、対象物９を次の加工位置に移動させて位置決めする（工程Ｓ１０２）。図９（ｅ）は、加工マスク１を元の移動開始位置に戻し、対象物９を次の加工位置に位置決めした状態を示している。そして、制御部８は、再度、加工マスク１の移動を開始させる（工程Ｓ１０３）。以下、マークＭの検出がされる毎に（工程Ｓ１０４）、制御部８は、工程Ｓ１０５〜工程Ｓ１０７の処理を実行し、現在の加工位置での貫通孔の形成が終了すると（工程Ｓ１０８）、加工マスク１の移動を停止し、工程Ｓ１１０にて、予め定められた個数の貫通孔の形成が終了すると（工程Ｓ１１０：Ｙｅｓ）、制御部８は、図６に示す流れ図の処理を終了する。

図１０は、第１実施形態における蒸着マスクを説明する図である。（ａ）は平面図、（ｂ）は、Ａ−Ａ線断面図である。図１０に示す蒸着マスク９ａは、上述した蒸着マスクの製造方法において、説明をわかりやすくするため、加工マスク１を移動開始位置から３回移動させて加工した場合を例示している。この場合、蒸着マスク９ａには、一例として、Ｘ方向に配列ピッチｗ_４で、Ｙ方向に配列ピッチｗ_５で、９つ（予め定められた個数の一例）の貫通孔９１が設けられている。ここで、貫通孔９１の開口上部の配列ピッチｗ_４、ｗ_５は、一例として、０．０５ｍｍとなっている。但し、Ａ−Ａ線断面図に示すように、貫通孔９１は、階段状の段差を有する疑似的なテーパ形状を有する。以下、この疑似的なテーパ形状の特徴について説明する。

図１１は、第１実施形態における疑似的なテーパ形状を有する貫通孔を説明する図である。（ａ）は、図１０（ｂ）に示す貫通孔９１の拡大断面図である。（ｂ）は、他の例における疑似的なテーパ形状を有する貫通孔の拡大断面図である。第１実施形態における蒸着マスクの製造方法では、複数の開口サイズのパターンをデザインした加工マスク１を使用しており、この加工マスク１を移動させながら、レーザ照射することによって、徐々に加工サイズを変える等、ショット毎の開口サイズを制御することが可能となる。図１１（ａ）では、深さ方向に、距離ｄ_１、ｄ_２、ｄ_３において、開口寸法を、それぞれ、ｃ_１、ｃ_２、ｃ_３としている。

つまり、本製造方法では、深さ方向に応じて、貫通孔９１の開口サイズを階段状の疑似的なテーパ形状にすることができる。これは、加工マスク１の開口１０、１１、１２を透過するレーザ光Ｌが縮小投影され、レーザ加工されたことに基づいている。そして、本製造方法では、加工マスク１の開口面積において異なるサイズを増やすことで、段差数を増やすことが可能となる。この段差数は、疑似的なテーパ形状のテーパ角度を規定することができる。図１１（ａ）では、テーパ角度が６０°になるように、加工マスク１の開口面積のサイズや数、ショット回数等のパラメータを最適化している。つまり、テーパ角度に応じて、異なる段差数の疑似的なテーパ形状を有する貫通孔９１を作ることができる。また、図１１（ｂ）に示す蒸着マスク９ｂの貫通孔９２では、テーパ角度が４５°になるように、加工マスク１の開口面積のサイズや数、ショット回数等のパラメータを最適化している。なお、テーパ角度は、用途に応じて、４５°〜８０°の範囲が好ましい。

以上より、第１実施形態による蒸着マスクの製造方法によれば、上述した通り、対象物９をレーザ光Ｌの照射エリアとなる加工面での加工位置に位置決めした上で、加工マスク１の移動に伴って、マークＭをフォトセンサ５で検出する毎にレーザ光Ｌを射出し、縮小投影するようにしているので、蒸着マスク９ａの貫通孔９１における開口寸法のばらつきを低減することができる。

詳細には、第１実施形態では、加工面において、縮小光学系６により加工マスク１による投影像が０．１倍に縮小されており、加工マスク１の位置ずれの０．１倍が加工面での位置ずれとなる。例えば、加工マスク１の位置精度が１μｍ変動しても、加工面では０．１μｍの変動に抑制される。このため、位置精度の高いレーザ加工が可能となり、開口寸法のばらつきを低減することができる。

また、第１実施形態による蒸着マスクの製造方法によれば、従来のようなレーザショット毎に加工マスクの移動と停止とを繰り返す必要もないので、加工時間の短縮化を図ることができる。そして、加工マスクの交換等も不要となり、さらに加工時間の短縮化が可能となる。これにより、コスト削減の効果も期待できる。

なお、上述した第１実施形態では、加工マスク１について、一例として、開口列１５が３列となる配列マトリクスの形態を採用したが、これに限定されるものではない。
図１２は、第１実施形態における加工マスクの他の例を示す平面図である。図１２に示す加工マスク１ａでは、開口面積が、加工マスク１ａの移動方向に応じてレーザ光Ｌの１ショット毎に小さくなるように形成されていることを特徴とする。換言すると、開口面積は、１列の列方向に段階的に小さい面積を有している。これは、蒸着マスクの貫通孔が１ショット毎に応じて段差を有する疑似的なテーパ形状に形成されることを意味する。

ここで、加工マスク１ａは、加工マスク１ａの移動方向（Ｙ方向）に、配列ピッチｗ_６で、開口面積が５種類の開口パターン１７ａ〜１７ｅと、遮光膜１６とを有する。これらの開口パターン１７ａ〜１７ｅは、大きい開口から段階的に小さい開口というように、間隔を置いて一直線に並べて設けられている。なお、開口は矩形に限られず、必要に応じて円形等の形状であってもよい。さらに、加工マスク１ａには、一例として、加工マスク１ａの移動方向に、配列ピッチｗ_７で、マークＭが一直線に並べて設けられている。なお、この移動方向に最初に検出されるマークＭが、開口１７ａに対応付けられており、次に検出されるマークＭが、開口１７ｂに対応付けられており、以下同様にして、最後に検出されるマークＭが開口１７ｅに対応付けられている。このような構成により、１ショット毎に蒸着マスクの貫通孔において段差を形成することができる。

次に、第２実施形態について説明する。第２実施形態では、透光領域の形状をグラデーション開口と全開口とを併用する加工マスクを採用する。グラデーション開口は、第１の開口パターンの一例であり、全開口は、第２の開口パターンの一例である。なお、第２実施形態では、第１実施形態と同様にして、図１に示すレーザ加工装置１００を用いることとし、相違点について主に詳述する。そこで、先ず、第２実施形態で使用する加工マスクについて説明する。

図１３は、第２実施形態における加工マスクの一例を示す平面図である。図１３に示す加工マスク１ｂは、図２に示す加工マスク１と比較して、図２に示す開口１０（大サイズ）、開口１１（中サイズ）が、グラデーション開口Ｇに置換されている点を除いて、加工マスク１と同様の構成である。

すなわち、加工マスク１ｂは、レーザ装置２から射出されたパルスのレーザ光Ｌを透過させるグラデーション開口Ｇ及び全開口である開口１２（透光領域）と、レーザ光Ｌを遮蔽する遮光膜１８と、透光領域の位置に応じて設けられ、レーザ光Ｌの射出タイミングを規定するマークＭとを有している。そして、加工マスク１ｂは、透光領域が予め定められた間隔を置いて複数列（３列）で設けられ、透光領域を透過するレーザ光Ｌのビームの断面積が対象物９を加工する深さ方向に応じて小さくなるように透光領域の入射面の開口面積が各々定められている。換言すると、対象物９に貫通孔を形成するときの開口寸法が、深さ方向に対して最上部よりも底部が狭くなるように、透光領域の入射面の開口面積が各々定められている。ここで、グラデーション開口Ｇの方が、開口１２よりも先にレーザ光Ｌを透過させる位置に配置されている点を特徴としている。

詳細には、加工マスク１ｂには、図１３に示すように、加工マスク１ｂの移動方向（Ｙ方向）に配列ピッチｗ_８で、グラデーション開口Ｇが４つ、開口１２（小サイズ）が２つというように、これらのグラデーション開口Ｇ及び開口１２が間隔を置いて一直線に並べて設けられている。また、Ｘ方向に配列ピッチｗ_９で、同一の構成がマトリクス状に設けられている。ここで、図１３に示す破線で囲まれた開口群（以下、「開口列１９」という。）が、１つの列を形成し、加工マスク１ｂでは、３列の開口列１９を形成している。さらに、加工マスク１ｂには、加工マスク１ｂの移動方向に、配列ピッチｗ_１０で、マークＭが一直線に並べて設けられている。なお、マークＭと各開口との対応付けは、第１実施形態と同様である。

図１４は、第２実施形態における加工マスクのグラデーション開口を説明する図である。（ａ）は、グラデーション開口Ｇの平面図である。（ｂ）は、（ａ）に示すグラデーション開口Ｇの光透過率を説明する図である。グラデーション開口Ｇは、例えば、図１４（ｂ）に示すような光透過率が予め定められた分布を有することにより深さ方向に勾配を設けるレーザ加工が可能な構成を有している。また、開口１２は、光透過率が特定の値を有することにより深さ方向に沿ってレーザ加工が可能な構成を有している。ここで、開口１２の光透過率は、石英ガラスの光透過率である。

図１５は、加工マスクの透光領域を全てグラデーション開口とした場合の蒸着マスクの開口パターンを説明する図である。図１５では、レーザ光Ｌのエネルギーと蒸着マスクの底部側の開口寸法との関係を例示している。図中、（ａ）は、エネルギーが適正な場合を示している。一方、（ｂ）は、エネルギー適正値より小さい場合を示し、開口寸法が設計値よりも小さくなり好ましくない。また、（ｃ）は、エネルギー適正値より大きい場合を示し、開口寸法が設計値よりも大きくなり好ましくない。

そのため、加工マスクの透光領域を全てグラデーション開口Ｇとした場合、テーパ形状になりやすいという利点があるものの、レーザ光Ｌのエネルギーのばらつきによって、開口寸法がばらつくという問題点を有している。そこで、第２実施形態では、この問題点を解決する手段を提供する。以下、図１６〜図１７を用いて説明をする。

図１６、図１７は、第２実施形態における蒸着マスクの製造工程を説明する模式図である。図１６、図１７においても、第１実施形態の加工マスク１と加工マスク１ｂとは、構造が一部異なるだけであるので、図６に示す流れ図をそのまま適用することができる。工程Ｓ１０１〜Ｓ１０３は、第１実施形態と同様である。

図１６（ａ）は、工程Ｓ１０３における加工マスク１ｂの移動開始の状態を示している。図１６（ｂ）は、１回目のレーザショットがなされ、グラデーション開口Ｇをレーザ光Ｌが光透過率に応じて透過し、対象物９の加工面が、レーザアブレーションにより削られた状態を表している。つまり、工程Ｓ１０４〜工程Ｓ１０７の処理が実行されたことを意味する。図１６（ｃ）は、工程Ｓ１０８において対象物９の現在の加工位置での貫通孔の形成が終了していないため、再び、工程Ｓ１０４の処理に戻り、２回目のレーザショットがなされ、グラデーション開口Ｇをレーザ光Ｌが光透過率に応じて透過し、対象物９の加工面が削られた状態を表している。

以下、同様にして、図１６（ｄ）は、３回目のレーザショットがなされ、グラデーション開口Ｇをレーザ光Ｌが光透過率に応じて透過し、対象物９の加工面が削られた状態を表している。図１７（ａ）は、４回目のレーザショットがなされ、グラデーション開口Ｇをレーザ光Ｌが光透過率に応じて透過し、対象物９の加工面が削られた状態を表している。

図１７（ｂ）は、５回目のレーザショットがなされ、開口１２（小サイズ）をレーザ光Ｌが透過し、対象物９の加工面が削られた状態を表している。図１７（ｃ）は、６回目のレーザショットがなされ、開口１２（小サイズ）をレーザ光Ｌが透過し、対象物９の加工面が深さ方向に沿って削られた状態を表している。したがって、開口１２（小サイズ）の場合、対象物９は勾配を形成せずに鉛直下向きに削られる。図１７（ｄ）は、現在の加工位置での貫通孔の形成が終了したことを表しており、制御部８は、工程Ｓ１０９の処理に移行する。

工程Ｓ１０９において、制御部８は、加工マスク１ｂの移動を停止させ、工程Ｓ１１０の処理に移行する。
工程Ｓ１１０において、制御部８は、予め定められた個数の貫通孔の形成が終了したか否かを判定する。終了していない場合（工程Ｓ１１０：Ｎｏ）、工程Ｓ１０１に戻り、図６に示す流れ図の一連の処理を繰り返す。すなわち、制御部８は、加工マスク１ｂを元の移動開始位置に戻し（工程Ｓ１０１）、対象物９を次の加工位置に移動させて位置決めする（工程Ｓ１０２）。図１７（ｅ）は、加工マスク１を元の移動開始位置に戻し、対象物９を次の加工位置に位置決めした状態を示している。そして、制御部８は、再度、加工マスク１の移動を開始させる（工程Ｓ１０３）。以下、マークＭの検出がされる毎に（工程Ｓ１０４）、制御部８は、工程Ｓ１０５〜工程Ｓ１０７の処理を実行し、現在の加工位置での貫通孔の形成が終了すると（工程Ｓ１０８）、加工マスク１の移動を停止し、工程Ｓ１１０にて、予め定められた個数の貫通孔の形成が終了すると（工程Ｓ１１０：Ｙｅｓ）、制御部８は、図６に示す流れ図の処理を終了する。

図１８は、第２実施形態における加工マスクを使用した場合の効果を説明する図である。図１８では、図１５と同様、レーザ光Ｌのエネルギーと蒸着マスクの底部側の開口寸法との関係を例示している。図中、（ａ）は、エネルギーが適正な場合を示している。一方、（ｂ）は、エネルギー適正値より小さい場合を示し、（ｃ）は、エネルギー適正値より小さい場合を示している。ここで、上記の通り、５、６ショット目において、開口１２を用いているので、エネルギーがばらついてもグラデーション開口Ｇを使用していないので、開口寸法のばらつきが低減されるという効果が得られる。

詳細には、グラデーション開口は、（１）開口寸法や傾斜がエネルギー強度の影響を受けやすく、（２）加工マスクの傾斜角度に制限があるという問題点を有しているが、第２実施形態よる蒸着マスクの製造方法によれば、（１）貫通孔の底部の開口部は開口サイズによって、深さ方向に沿って貫通加工するため、エネルギー変動の影響を受けにくく、（２）ショット毎に加工マスクの開口形状を変えることができるため、任意の角度のテーパ加工ができるという特徴を有している。また、グラデーション開口と全開口との開口パターンを組み合わせることによって、エネルギー変化による開口寸法の変動を抑えることができる。つまり、グラデーション開口と全開口との開口パターンの相乗効果による貫通孔を形成することができる。

次に、第３実施形態について説明する。第３実施形態では、加工マスクの配列マトリクスにおいて、進行方向に対して１行だけでなく複数行にわたってレーザ照射を実行できる点を特徴としている。

図１９は、第３実施形態における加工マスクの一例を示す平面図である。図１９に示す加工マスク１ｃには、加工マスク１ｃの移動方向（Ｙ方向）に配列ピッチｗ_１１で、開口面積が２種類の開口パターンとして、開口１１１、１１２がそれぞれ５つというように間隔を置いて一直線に並べて設けられている。また、Ｘ方向に配列ピッチｗ_１２で、同一の構成がマトリクス状に設けられている。ここで、図１９に示す破線で囲まれた開口群（以下、「開口列１１３」という。）が、１つの列を形成し、加工マスク１ｃでは、３列の開口列１１３を形成している。さらに、加工マスク１には、一例として、加工マスク１の移動方向に配列ピッチｗ_１３で、マークＭが一直線に並べて設けられている。さらに、遮光膜１１０を有する。

図２０は、図１９のＡ−Ａ線断面図及びレーザ照射について説明する図である。図２０に示す通り、フォトセンサ５がマークＭを検出すると、加工マスク１の移動に伴って複数行にレーザ照射可能なレーザ光Ｌが照射される。
図２１は、第３実施形態における加工マスクとレーザ照射との関係を説明する図である。（ａ）〜（ｄ）は、加工マスク１ｃの移動に伴うレーザ照射の時系列の変化を表している。ここで、レーザ照射のエリアは不動とし、加工マスク１ｃを移動させた場合について例示している。ここで、レーザ照射のエリアが、一例として４０×４０ｍｍ^２であれば、縮小光学系６で縮小される投影像は、遮光領域も含めて４．０×４．０ｍｍ^２となる。但し、縮小投影による倍率は、０．１倍とする。

第３実施形態では、加工マスク１の移動に伴い複数行にわたってレーザ照射を行なうことができる。これにより、第３実施形態よる蒸着マスクの製造方法によれば、対象物の加工面では、１度に複数行をレーザ照射することが可能であるので、加工時間の短縮化をさらに図ることができるようになる。

１、１ａ、１ｂ、１ｃ…加工マスク
２…レーザ装置
３…均一化光学系
４…移動装置
５…フォトセンサ
６…縮小光学系
７…ステージ装置
８…制御部
９…加工対象物
９ａ…蒸着マスク
１０、１１、１２、１７ａ〜１７ｅ、１１１、１１２…開口
１３、１６、１８、１１０…遮光膜
１４…石英基板
１５、１９、１１３…開口列
２１…レーザヘッド
２２…レーザ電源
２３…パルスジェネレータ
３１…ホモジナイザレンズ
３２…コンデンサレンズ
６１…顕微鏡
６２…対物レンズ
９１、９２…貫通孔
１００…レーザ加工装置
Ｍ…マーク
Ｇ…グラデーション開口

Claims (4)

1. レーザ装置から射出されたパルスのレーザ光を加工対象物に照射することにより形成される複数の貫通孔を有する蒸着マスクを製造する方法であって、
   前記レーザ光を透過させる透光領域と、前記レーザ光を遮蔽する遮光領域と、前記透光領域の位置に応じて設けられ、前記レーザ光の射出タイミングを規定するマーク領域とを有し、前記透光領域が予め定められた間隔を置いて１列又は複数列に設けられ、前記加工対象物に前記貫通孔を形成するときの孔幅が、深さ方向に対して最上部よりも底部が狭くなるように、前記透光領域の入射面の開口面積が各々定められた加工マスクを載置した移動装置により、前記加工マスクを移動開始位置に設定し、
   前記レーザ光を前記加工マスクを介して前記加工対象物に照射するため、前記加工対象物を載置しているステージ装置により、前記加工対象物を前記レーザ光の照射エリアとなる加工面での加工位置に位置決めし、
   前記移動装置により、前記加工マスクを前記移動開始位置から予め定められた加工経路に従って移動させ、
   前記加工マスクの移動に伴って前記マーク領域を光学式のセンサで検出する毎に前記レーザ光を射出し、
   前記貫通孔を形成するまで、前記レーザ光が射出される毎に前記マーク領域に対応付けられた前記透光領域を透過した前記レーザ光を前記加工面に縮小投影し、
   予め定められた個数の貫通孔の形成が終了するまで、前記加工マスクの前記移動開始位置への設定から前記レーザ光の前記加工面への縮小投影までの一連の処理を繰り返す、
   ことを特徴とする蒸着マスクの製造方法。
2. レーザ装置から射出されたパルスのレーザ光を加工対象物に照射することにより形成される複数の貫通孔を有する蒸着マスクを製造するのに使用される加工マスクであって、
   前記レーザ光を透過させる透光領域と、
   前記レーザ光を遮蔽する遮光領域と、
   前記透光領域の位置に応じて設けられ、前記レーザ光の射出タイミングを規定するマーク領域とを有し、
   前記透光領域が予め定められた間隔を置いて１列又は複数列に設けられ、前記加工対象物に前記貫通孔を形成するときの孔幅が、深さ方向に対して最上部よりも底部が狭くなるように、前記透光領域の入射面の開口面積が各々定められている、
   ことを特徴とする加工マスク。
3. 前記透光領域は、光透過率が予め定められた分布を有することにより深さ方向に勾配を形成するレーザ加工が可能な第１の開口パターンと、前記光透過率が特定の値を有することにより深さ方向に沿ってレーザ加工が可能な第２の開口パターンとで構成され、前記第１の開口パターンの方が前記第２の開口パターンよりも先に前記レーザ光を透過させる位置に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の加工マスク。
4. 前記開口面積は、前記１列又は複数列の列方向に段階的に小さい面積を有していることを特徴とする請求項２に記載の加工マスク。