JP5394652B2 - 多層構造メタルマスク及びその製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、無電解めっき層と電気めっき層とを含む２層以上の多層型皮膜構造を持つ多層構造メタルマスク及びその製造方法に関するものである。

従来、電気めっきを用いて、多層構造メタルマスクを製作する方法は良く知られている（例えば、特許文献１、２）。

特開平４−１６６８４４号公報 特開平５−８５０７７号公報

従来の多層構造メタルマスクを製作する方法では、電気めっきを用いて、多層構造メタルマスクを製作した場合、高密度パターンを持つメタルマスクの板厚は、そのパターン領域以内とパターン領域以外とで板厚の差が大きく出ることになる。近年のメタルマスクは、高密度、薄型化の傾向にあり、この場合は板厚が均一なメタルマスクと比較すると被膜体積が減少する。板厚が薄いメタルマスク（10〜80μm）ではマスク強度に影響をしてハイテンションの紗張り下では伸びが発生しトータルピッチ精度の低下を招いている。場合によっては指定テンション以下での破断となる場合がある。又、パターン領域内であっても、パターン領域外エリアとの境付近では板厚が薄くなる傾向にある。その場合、印刷される印刷体（導電ペースト、樹脂、インク等）の体積が少なくなり印刷量のバラツキが問題となっている。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、無電解めっき層を必ず入れることにより無電解めっきの特性である均一析出（過剰析出しない）を利用し無電解めっき層と電気めっき層とを含む２層以上の多層型皮膜構造とし、電気めっき層を極力薄くする事により板厚の均一化を図り、板厚の均一化により総体積の減少をなくし印刷時の伸びを減少させることができ、無電解めっき被膜のもうひとつの特性である高硬度皮膜の多層構造メタルマスク及びその製造方法を提供するものである。

この発明に係る多層構造メタルマスクにおいては、第１層目を含む奇数層に形成された電気めっき層と、第２層目を含む偶数層に形成された過剰析出しない無電解めっき層とが交互に積層形成される多層型皮膜構造を持つメタルマスクにおいて、交互に積層形成される電気めっき層の合計板厚と無電解めっき層の合計板厚との板厚比が、１：０．５〜３０の範囲であり、同一平面上での板厚差を小さくしたものである。

また、この発明に係る多層構造メタルマスクの製造方法においては、導電性基材を用意し、導電性基材に付着している油を除去する工程と、導電性基材上に感光膜レジストを塗布する工程と、感光膜レジストを露光により焼き付けて硬化させる工程と、露光により硬化しなかったレジスト部を除去するとともに、導電性基材上にパターンとなる硬化したレジスト部を形成する工程と、導電性基材上のレジスト部が形成されていない部分に、第１層目として過剰析出を抑制できる低電流密度で第１の電気めっき層を形成する工程と、第１層目の電気めっき層の上に、第２層目として過剰析出しない無電解めっき層を形成する工程と、第２層目の無電解めっき層の上に、第３層目として過剰析出を抑制できる低電流密度で第２の電気めっき層を形成する工程と、硬化したレジスト部を除去する工程と、導電性基材から第１の電気めっき層、無電解めっき層及び第２の電気めっき層を一体的に剥がす工程とを備え、第１の電気めっき層及び第２の電気めっき層の合計板厚と、無電解めっき層の板厚との板厚比が、１：０．５〜３０の範囲であり、同一平面上での板厚差を小さくしたものである。

また、この発明に係る多層構造メタルマスクの製造方法においては、導電性基材を用意し、導電性基材に付着している油を除去する工程と、導電性基材上に感光膜レジストを塗布する工程と、感光膜レジストを露光により焼き付けて硬化させる工程と、露光により硬化しなかったレジスト部を除去するとともに、導電性基材上にパターンとなる硬化したレジスト部を形成する工程と、導電性基材上のレジスト部が形成されていない部分に、第１層目として過剰析出を抑制できる低電流密度で電気めっき層を形成する工程と、第１層目の電気めっき層の上に、第２層目として過剰析出しない無電解めっき層を形成する工程と、第２層目の無電解めっき層の上に、過剰析出を抑制できる低電流密度で電気めっき層及び過剰析出しない無電解めっき層を交互に形成する工程と、硬化したレジスト部を除去する工程と、導電性基材から電気めっき層及び無電解めっき層の全てを一体的に剥がす工程とを備え、交互に積層形成される電気めっき層の合計板厚と無電解めっき層の合計板厚との板厚比が、１：０．５〜３０の範囲であり、同一平面上での板厚差を小さくしたものである。

この発明によれば、無電解めっき層を必ず入れることにより無電解めっきの特性である均一析出（過剰析出しない）を利用し無電解めっき層と電気めっき層とを含む２層以上の多層型皮膜構造とし、電気めっき層を極力薄くする事により板厚の均一化を図り、板厚の均一化により総体積の減少をなくし印刷時の伸びを減少させることができ、無電解めっき被膜のもうひとつの特性である高硬度皮膜の多層構造メタルマスクを得ることができる。

実施の形態１．
図１〜図１２はこの発明の実施の形態１における多層構造メタルマスクの製造方法の各工程を順番に示す断面図、図１３はこの発明の多層構造メタルマスクを比較例のメタルマスクと比較して評価した時のパターン概略構造を示す平面図、図１４はこの発明の多層構造メタルマスクと比較例のメタルマスクの各測定箇所における板厚測定値を示す比較表、図１５はこの発明の多層構造メタルマスクと比較例のメタルマスクの板厚差を示す比較表、図１６はこの発明の多層構造メタルマスクと比較例のメタルマスクの各測定箇所における板厚測定値を示す特性図、図１７はこの発明の多層構造メタルマスクと比較例のメタルマスクのピッチ距離での伸び量を示す比較表、図１８はこの発明の多層構造メタルマスクと比較例のメタルマスクのピッチ距離での伸び量を示す特性図である。

この発明による多層構造メタルマスクの製造方法は、先ず、導電性基材（ＳＵＳ等）１を準備する（図１参照）。この導電性基材１に付着している油等を脱脂液２で除去する（図２参照）。油等を除去された導電性基材１上に感光膜レジスト３を塗布する（図３参照）。次に、パターンを設ける側にネガタイプのフィルム４を乗せて露光により焼き付ける（図４参照）。この時、フィルム４の黒い箇所は光が通らないため、レジスト部３ａは硬化せず、光が通ったレジスト部３ｂが硬化する。なお、ここでは、ネガタイプのフィルム４を使用しているが、紫外線光を用いた直描式の露光の場合は、フィルム４を使用しない。次に、露光により硬化しなかったレジスト部３ａを現像液５により除去し（図５参照）、導電性基材１上にパターンとなる硬化したレジスト部３ｂが残る（図６参照）。次に、導電性基材１のレジスト部３ｂが形成されていない部分の表面に、第１層目として、過剰析出を抑制できる低電流密度で、例えば板厚が約５μｍとなるように第１の電気めっき層６を形成する（図７参照）。この第１層目の電気めっき層６の形成は、例えばスルファミン酸ニッケル２２０〜２５０ｇ／ｌ、塩化ニッケル２０〜５０ｇ／ｌ、クエン酸１０〜３０ｇ／ｌ、ＮＴＳ（１．３．６−ナフタリントリスルフォン酸ナトリウム）１〜３ｇ／ｌ、電流密度０．１〜２Ａ／ｄｍ^２、ｐＨ４．０、浴温５０℃のスルファミン酸ニッケル浴からなる電気めっき槽に入れることにより行う。なお、電流密度は、好ましくは０．１〜０．２５Ａ／ｄｍ^２の範囲が望ましい。そして、第１層目の電気めっき層６の形成が終わったら、電気めっき槽から引き上げて水洗い７する（図８参照）。

この発明の特徴は、第１層目の電気めっき層６の上に第２層目として、過剰析出しない無電解めっき層８を形成することにある（図９参照）。この第２層目の無電解めっき層８の形成は、例えば硫酸ニッケル２０ｇ／ｌ、グリシン５ｇ／ｌ、次亜リン酸ナトリウム２０ｇ／ｌ、ビスマス０．２ｐｐｍ、ｐＨ６．０、浴温６０℃の無電解めっき浴からなる無電解めっき槽に入れることにより行う。ここで、第１層目の電気めっき層６の上に第２層目として、例えば板厚が約３０μｍとなるように過剰析出しない無電解めっき層８を形成することにより、板厚のばらつきがパターン領域以内とパターン領域以外でその差が小さくなる。つまりパターン領域外の板厚を厚くすることが可能となる。結果としてメタルマスク全体としての強度が上がり、伸びを減少させることができる。また、パターン領域内の板厚のばらつきを低減させることにより、印刷されるハンダ量のばらつきが小さくなる。そして、第２層目の無電解めっき層８の形成が終わったら、無電解めっき槽から引き上げて水洗い９する（図１０参照）。次に、この第２層目の無電解めっき層８上に第３層目として、過剰析出を抑制できる低電流密度で、例えば板厚が約５μｍとなるように第２の電気めっき層１０を形成する（図１１参照）。この第３層目の第２の電気めっき層１０の形成は、第１の電気めっき層６と同様、例えばスルファミン酸ニッケル２２０〜２５０ｇ／ｌ、塩化ニッケル２０〜５０ｇ／ｌ、クエン酸１０〜３０ｇ／ｌ、ＮＴＳ（１．３．６−ナフタリントリスルフォン酸ナトリウム）１〜３ｇ／ｌ、電流密度０．１〜２Ａ／ｄｍ^２、ｐＨ４．０、浴温５０℃のスルファミン酸ニッケル浴からなる電気めっき槽に入れることにより行う。なお、電流密度は、好ましくは０．１〜０．２５Ａ／ｄｍ^２の範囲が望ましい。そして、第３層目の電気めっき１０の形成が終わったら、電気めっき槽から引き上げ、剥離液により硬化したレジスト部３ｂを除去し、更に導電性基材１から剥がすことにより、３層構造メタルマスクが完成する（図１２参照）。完成された３層構造メタルマスクは、電気めっき層の合計板厚（５μｍ＋５μｍ＝１０μｍ）と無電解めっき層の合計板厚（３０μｍ）との板厚比が１：３である。
この発明による多層構造メタルマスクは、交互に積層形成される電気めっき層の合計板厚と無電解めっき層の合計板厚との板厚比が、１：０．５〜３０の範囲であれば良いが、好ましくは、１：２〜１０の範囲が良い。その理由は、電気めっき層の板厚が薄過ぎると、電気めっき層にピンホールが発生する恐れが高くなるためである。また、無電解めっき層の板厚が厚過ぎると、無電解めっきは時間がかかり過ぎ、作業時間が長くなるためである。なお、板厚比が１：０．５というのは、３層構造メタルマスクの場合で、第１層目と第３層目の電気めっき層の板厚がそれぞれ５μｍ、第２層目の無電解めっき層の板厚が５μｍの場合である。

図１３はこの発明の多層構造メタルマスクを比較例のメタルマスクと比較して評価した時のパターン概略図であり、用いたパターンは、開口径：０．１５ｍｍ、開口間距離：０．０４５ｍｍ、配置範囲は直径約１８ｃｍの円状パターンエリア１１である。円状パターンの中心を通る直線Ｘ−Ｘを取り、それを円内で１６等分し、各測定箇所Ｎｏ.Ｘ３〜Ｘ１８の板厚を測定する。測定箇所Ｎｏ.Ｘ１、Ｘ２、Ｘ１９、Ｘ２０については、円状パターンエリア１１外のベース部の板厚である。なお、円状パターンの中心を通る直線Ｙ−Ｙについても同様である。

図１４はこの発明の多層構造メタルマスクと比較例のメタルマスクの各測定箇所における板厚測定値を示す比較表である。表左端上段のマスク（１）は、０．５Ａ／ｄｍ^２の電流密度を作業条件として作成した比較例１としてのメタルマスクである。また、表左端中段のマスク（２）は、０．２５Ａ／ｄｍ^２の電流密度を作業条件として作成した比較例２としてのメタルマスクである。また、表左端下段のマスク（３）は、０．２５Ａ／ｄｍ^２の電流密度で、例えば板厚が約５μｍとなるように第１層目の電気めっき層を形成し、その上に第２層目として例えば板厚が約３０μｍとなるように過剰析出しない無電解めっき層を形成し、更にその上に第３層目として０．２５Ａ／ｄｍ^２の電流密度で、例えば板厚が約５μｍとなるように第２の電気めっき層を形成したこの発明の多層構造メタルマスクである。測定値は、各測定箇所Ｎｏ.Ｘ１〜Ｘ２０の測定値を単位：μｍで示している。

図１５はこの発明の多層構造メタルマスクと比較例のメタルマスクの板厚差を示す比較表である。表左端上段のマスク（１）は、０．５Ａ／ｄｍ^２の電流密度を作業条件として作成した比較例１としてのメタルマスクである。また、表左端中段のマスク（２）は、０．２５Ａ／ｄｍ^２の電流密度を作業条件として作成した比較例２としてのメタルマスクである。また、表左端下段のマスク（３）は、０．２５Ａ／ｄｍ^２の電流密度で、例えば板厚が約５μｍとなるように第１層目の電気めっき層を形成し、その上に第２層目として例えば板厚が約３０μｍとなるように過剰析出しない無電解めっき層を形成し、更にその上に第３層目として０．２５Ａ／ｄｍ^２の電流密度で、例えば板厚が約５μｍとなるように第２の電気めっき層を形成したこの発明の多層構造メタルマスクである。板厚差は、ベースとパターン間の測定値の差を単位：μｍで示している。
図１６はこの発明の多層構造メタルマスクと比較例のメタルマスクの各測定箇所における板厚測定値を示す特性図で、横軸に各測定箇所Ｎｏ.Ｘ１〜Ｘ２０、縦軸に板厚（μｍ）を示し、この発明の多層構造メタルマスクの板厚差が最も少ないことが判る。

次に、この発明の多層構造メタルマスクと比較例のメタルマスクの枠貼り付け後のピッチ距離での伸び量を測定した結果について説明する。コンビネーション仕様として、枠種類＝鋳物枠６５０ｍｍ＊５５０ｍｍ、紗張り＝テトロンメッシュ：＃２２５、スクエアー張り、テンション＝０．６０ｍｍ（テンションゲージＳＴＧ−７５Ｂ使用時）、ピッチ距離＝１８０ｍｍである。測定方法は、温度：２０℃、湿度：５５％にて放置、１日１回の測定（Ｘ方向、Ｙ方向を測定）した。
図１７はこの発明の多層構造メタルマスクと比較例のメタルマスクのピッチ距離での伸び量を示す比較表である。表左端上部のマスク（１）Ｘ、Ｙは、０．５Ａ／ｄｍ^２の電流密度を作業条件として作成した比較例１としてのメタルマスクである。また、表左端中央のマスク（２）Ｘ、Ｙは、０．２５Ａ／ｄｍ^２の電流密度を作業条件として作成した比較例２としてのメタルマスクである。また、表左端下部のマスク（３）Ｘ、Ｙは、０．２５Ａ／ｄｍ^２の電流密度で、例えば板厚が約５μｍとなるように第１層目の電気めっき層を形成し、その上に第２層目として例えば板厚が約３０μｍとなるように過剰析出しない無電解めっき層を形成し、更にその上に第３層目として０．２５Ａ／ｄｍ^２の電流密度で、例えば板厚が約５μｍとなるように第２の電気めっき層を形成したこの発明の多層構造メタルマスクである。ピッチ測定結果は、図１３に示すパターン概略図の測定箇所Ｎｏ.Ｘ３とＮｏ.Ｘ１８の間の距離１８０ｍｍでの伸び量及びパターン概略図の測定箇所Ｎｏ.Ｙ３とＮｏ.Ｙ１８の間の距離１８０ｍｍでの伸び量（μｍ）で示している。また、初日を零とした場合の８日間での伸び量を示している。
図１８はこの発明の多層構造メタルマスクと比較例のメタルマスクのピッチ距離での伸び量を示す特性図で、横軸に経過日数（初日〜８日）、縦軸に伸び量（μｍ）を示し、この発明の多層構造メタルマスクの伸び量が最も少ないことが判る。

この発明によれば、第１層目を電気めっき層、第２層目を無電解めっき層、第３層目を電気めっき層とする多層型皮膜構造を持ち、中間層に無電解めっき層を入れることにより、電気めっきで作製したメタルマスクと比べて、板厚のばらつきがパターン領域以内とパターン領域以外でその差が小さくなる。つまり、この発明を用いることでパターン領域外の板厚を厚くすることが可能となる。結果としてメタルマスク全体としての強度が上がるので、印刷時の伸びを低減することができる。また、パターン領域内の板厚のばらつきを低減させることにより、印刷されるハンダ量のばらつきが小さくなる。

実施の形態２．
実施の形態１では、第１層目を電気めっき層、第２層目を無電解めっき層、第３層目を電気めっき層とする３層型皮膜構造を持つ３層構造メタルマスクについて説明したが、第１層目を電気めっき層、第２層目を無電解めっき層とする２層型皮膜構造を持つ２層構造メタルマスク、或いは第１層目を電気めっき層、第２層目を無電解めっき層、第３層目を電気めっき層、第４層目を無電解めっき層とする４層型皮膜構造を持つ４層構造メタルマスク、或いは第１層目を電気めっき層、第２層目を無電解めっき層、第３層目を電気めっき層、第４層目を無電解めっき層、第５層目を電気めっき層とする５層型皮膜構造を持つ５層構造メタルマスク等、第２層目の無電解めっき層の上に、電気めっき層及び無電解めっき層を交互に形成してなる多層構造メタルマスクとすることができる。

なお、１回の無電解めっき層の板厚を厚くすると、無電解めっきに時間が掛かり過ぎて納期が遅れるという問題が生じてくる。したがって、第１層目を電気めっき層、第２層目を無電解めっき層、第３層目を電気めっき層、第４層目を無電解めっき層とする４層型皮膜構造を持つ４層構造メタルマスク、或いは第１層目を電気めっき層、第２層目を無電解めっき層、第３層目を電気めっき層、第４層目を無電解めっき層、第５層目を電気めっき層とする５層型皮膜構造を持つ５層構造メタルマスク等、第２層目の無電解めっき層の上に、電気めっき層及び無電解めっき層を交互に形成してなる多層構造メタルマスクのように、時間が掛かり過ぎる無電解めっき層の１層当りの板厚を薄くして無電解めっき層を複数層形成するようにすれば、無電解めっきに時間が掛かり過ぎて納期が遅れるという問題が解消することができる。

なお、この発明の多層構造メタルマスクは、はんだ印刷用マスク、サブスレートマスク、ボール搭載マスク、ウエハバンプ印刷マスク、ＥＬ＆シャドウマスクに代表される蒸着マスク、はんだボールの篩（シーブ）マスク、導電性ペースト印刷マスク、開口部にメッシュ構造を持つ多層マスク、サスペンドマスク等のメタルマスクに適用することができる。

この発明の実施の形態１における多層構造メタルマスクの製造方法の最初の工程を示す断面図である。 この発明の実施の形態１における多層構造メタルマスクの製造方法の次工程を示す断面図である。 この発明の実施の形態１における多層構造メタルマスクの製造方法の次工程を示す断面図である。 この発明の実施の形態１における多層構造メタルマスクの製造方法の次工程を示す断面図である。 この発明の実施の形態１における多層構造メタルマスクの製造方法の次工程を示す断面図である。 この発明の実施の形態１における多層構造メタルマスクの製造方法の次工程を示す断面図である。 この発明の実施の形態１における多層構造メタルマスクの製造方法の次工程を示す断面図である。 この発明の実施の形態１における多層構造メタルマスクの製造方法の次工程を示す断面図である。 この発明の実施の形態１における多層構造メタルマスクの製造方法の次工程を示す断面図である。 この発明の実施の形態１における多層構造メタルマスクの製造方法の次工程を示す断面図である。 この発明の実施の形態１における多層構造メタルマスクの製造方法の次工程を示す断面図である。 この発明の実施の形態１における多層構造メタルマスクの製造方法の最終工程を示す断面図である。 この発明の実施の形態１における多層構造メタルマスクを比較例のメタルマスクと比較して評価した時のパターン概略構造を示す平面図である。 この発明の多層構造メタルマスクと比較例のメタルマスクの各測定箇所における板厚測定値を示す比較表である。 この発明の多層構造メタルマスクと比較例のメタルマスクの板厚差を示す比較表である。 この発明の多層構造メタルマスクと比較例のメタルマスクの各測定箇所における板厚測定値を示す特性図である。 この発明の多層構造メタルマスクと比較例のメタルマスクのピッチ距離での伸び量を示す比較表である。 この発明の多層構造メタルマスクと比較例のメタルマスクのピッチ距離での伸び量を示す特性図である。

符号の説明

１ 導電性基材
２ 脱脂液
３ 感光膜レジスト
３ａ 硬化しなかったレジスト部
３ｂ 硬化したレジスト部
４ フィルム
５ 現像液
６ 第１の電気めっき層（第１層目）
７ 水洗い
８ 無電解めっき層（第２層目）
９ 水洗い
１０ 第２の電気めっき層（第３層目）
１１ 円状パターンエリア

Claims (3)

1. 第１層目を含む奇数層に形成された電気めっき層と、第２層目を含む偶数層に形成された過剰析出しない無電解めっき層とが交互に積層形成される多層型皮膜構造を持つメタルマスクにおいて、交互に積層形成される前記電気めっき層の合計板厚と前記無電解めっき層の合計板厚との板厚比が、１：０．５〜３０の範囲であり、同一平面上での板厚差を小さくしたことを特徴とする多層構造メタルマスク。
2. 導電性基材を用意し、導電性基材に付着している油を除去する工程と、
   前記導電性基材上に感光膜レジストを塗布する工程と、
   前記感光膜レジストを露光により焼き付けて硬化させる工程と、
   露光により硬化しなかったレジスト部を除去するとともに、導電性基材上にパターンとなる硬化したレジスト部を形成する工程と、
   前記導電性基材上のレジスト部が形成されていない部分に、第１層目として過剰析出を抑制できる低電流密度で第１の電気めっき層を形成する工程と、
   前記第１層目の電気めっき層の上に、第２層目として過剰析出しない無電解めっき層を形成する工程と、
   前記第２層目の無電解めっき層の上に、第３層目として過剰析出を抑制できる低電流密度で第２の電気めっき層を形成する工程と、
   前記硬化したレジスト部を除去する工程と、
   前記導電性基材から前記第１の電気めっき層、無電解めっき層及び第２の電気めっき層を一体的に剥がす工程とを備え、
   前記第１の電気めっき層及び第２の電気めっき層の合計板厚と、前記無電解めっき層の板厚との板厚比が、１：０．５〜３０の範囲であり、同一平面上での板厚差を小さくしたことを特徴とする多層構造メタルマスクの製造方法。
3. 導電性基材を用意し、導電性基材に付着している油を除去する工程と、
   前記導電性基材上に感光膜レジストを塗布する工程と、
   前記感光膜レジストを露光により焼き付けて硬化させる工程と、
   露光により硬化しなかったレジスト部を除去するとともに、導電性基材上にパターンとなる硬化したレジスト部を形成する工程と、
   前記導電性基材上のレジスト部が形成されていない部分に、第１層目として過剰析出を抑制できる低電流密度で電気めっき層を形成する工程と、
   前記第１層目の電気めっき層の上に、第２層目として過剰析出しない無電解めっき層を形成する工程と、
   前記第２層目の無電解めっき層の上に、過剰析出を抑制できる低電流密度で電気めっき層及び過剰析出しない無電解めっき層を交互に形成する工程と、
   前記硬化したレジスト部を除去する工程と、
   前記導電性基材から前記電気めっき層及び無電解めっき層の全てを一体的に剥がす工程とを備え、
   交互に積層形成される前記電気めっき層の合計板厚と前記無電解めっき層の合計板厚との板厚比が、１：０．５〜３０の範囲であり、同一平面上での板厚差を小さくしたことを特徴とする多層構造メタルマスクの製造方法。

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