JP5441663B2

JP5441663B2 - 多層構造メタルマスク

Info

Publication number: JP5441663B2
Application number: JP2009285595A
Authority: JP
Inventors: 公一岨野; 哲也菅野
Original assignee: 株式会社ソノコム
Priority date: 2009-12-16
Filing date: 2009-12-16
Publication date: 2014-03-12
Anticipated expiration: 2029-12-16
Also published as: JP2011126097A

Description

本発明は、電解めっきの単層メタルマスクよりも経時変化によるメタルマスクの伸びを抑制した高寸法精度を得られる電解めっき層の多層皮膜構造を持つ多層構造メタルマスクに関するものである。

従来技術としては、多層型皮膜構造を持つメタルマスクにおいて、電気めっき層と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、同一平面上での板厚差を小さくした多層構造メタルマスク（例えば、特許文献１参照）が存在している。

特開２００８−２７９７６２号公報（特許請求の範囲の欄、発明の詳細な説明の欄、及び図１〜図１３を参照）

前記従来技術は、電気めっき層の間に無電解めっき層を挟み込むことによって、板厚の安定化と印刷時の伸びを減少させた多層構造メタルマスクである。
無電解めっきは、電気めっき（以下、電解めっきという）とは異なり、電流分布の問題がないので析出されるめっきの厚さは均一となる。よって、メタルマスクの厚みにおける無電解めっきの占める割合を多くすることによって、板厚のばらつきが少ないメタルマスクを得ることが期待できる。
ところが、無電解めっきを使用する無電解めっき浴は、総じてめっき浴の使用寿命が短く、通常特定の回数の使用しかできないという問題があり、無電解めっき浴を生産に用いる際には、大量の排水が排出されることとなる。排出された排水には処理されにくい有機物が含まれるので、その排液を処理するためにコストの増加をもたらす。また、無電解めっき浴は相当不安定で、自己析出現象を引き起こすため、正常な生産に悪影響を及ぼし、さらに、無電解めっき浴の濃度を安定させるためには常に補充溶液を添加する必要があり、その制御も電解めっき浴と比べると煩雑である。また、無電解めっき浴の操作は、室温より高い条件、例えば６０℃で行われるため、大量のエネルギーが必要となり、生産コストの上昇をもたらす。また、無電解めっきの析出速度は電解めっきの析出速度よりも非常に遅く、例えば無電解ニッケル−リンめっきの析出速度は、６０℃の浴温度で１時間あたり約２μｍ〜３μｍである。そのため、無電解ニッケル−リンめっきを３０μｍの厚みまで析出するとなると、１０時間〜１５時間という長時間にわたる反応時間を要するため、生産効率が落ちると同時にエネルギーの消耗が著しく増加してしまう。
以上のように、無電解めっきを使用するには種々の問題があった。

上記の目的を達成することができる本発明の第１発明は、請求項１に記載された通りの多層構造メタルマスクであり、次のようなものである。
電解めっきの単層メタルマスクの上にニッケル−リンの電解めっき層を一層重ね、さらにその上に電解めっきの単層メタルマスクを積層するように、電解めっきの単層メタルマスクとニッケル−リンの電解めっき層を交互に積層して、電解めっきの単層メタルマスクの間にニッケル−リンの電解めっき層を挟み込んで、電解めっきの単層メタルマスクよりも経時変化によるメタルマスクの伸びを抑制した高寸法精度を得られる電解めっき層の３層以上の多層皮膜構造を持つ構成である。

上記の目的を達成することができる本発明の第２発明は、請求項２に記載された通りの多層構造メタルマスクであり、次のようなものである。
請求項１に記載の発明に加えて、電解めっきの単層メタルマスクの間に挟み込むニッケル−リンの電解めっき層の厚みを２μｍ〜５μｍにした構成である。

上記の目的を達成することができる本発明の第３発明は、請求項３に記載された通りの多層構造メタルマスクであり、次のようなものである。
請求項１または請求項２に記載の発明に加えて、多層構造メタルマスクに熱処理を施した構成である。

上記の目的を達成することができる本発明の第４発明は、請求項４に記載された通りの多層構造メタルマスクであり、次のようなものである。
請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の発明に加えて、電着層にエッチング法で凹部を形成する構成である。

本発明に係る多層構造メタルマスクは、上記説明のような構成を有するので、以下に記載する効果を奏する。
（１）無電解めっきは無電解浴を使用するがために、浴の管理が電解めっき浴より煩雑であり、さらに無電解めっきは長時間に亘る成膜時間が必要となるので、生産効率が落ちる。本発明は、これらの問題を解決するために無電解めっきを行わなくしたものである。
（２）電解ニッケル−リンめっきは２μｍ〜５μｍ成膜（奨励できるのは３μｍである）するだけで、メタルマスクの伸びを抑制することができる。
（３）電解ニッケル−リンめっきの厚みを薄く析出し、さらに挟み込んで多層構造とすることによって、電解ニッケル−リンめっきの割れ易いという問題を回避できるものである。
（４）電解ニッケル−リンめっきを挟み込んで多層構造としたメタルマスク自体を熱処理（１５０℃〜４００℃で１時間）することによって、さらにメタルマスクの伸びを抑制できるものである。

本発明の多層構造メタルマスクの製造方法の工程を示す断面図である。本発明の多層構造メタルマスク（エッチング仕様）の製造方法の工程を示す断面図である。

電解めっきの単層メタルマスクの上にニッケル−リンの電解めっき層を一層重ね、さらにその上に電解めっきの単層メタルマスクを積層するように、電解めっきの単層メタルマスクとニッケル−リンの電解めっき層を交互に積層して、電解めっきの単層メタルマスクの間にニッケル−リンの電解めっき層を挟み込んで、電解めっきの単層メタルマスクよりも経時変化によるメタルマスクの伸びを抑制した高寸法精度を得られる電解めっき層の３層以上の多層皮膜構造を持つ多層構造メタルマスク
である。

以下、本発明の一実施例を添付図面で詳細に説明する。
図１は本発明の多層構造メタルマスクの製造方法の工程を示す断面図である。図２は、本発明の多層構造メタルマスク（エッチング仕様）の製造方法の工程を示す断面図である。
先ず、図１（ａ）に示すように、導電性の電鋳母型１を用意する。
使用する導電性の電鋳母型１としては、ＳＵＳ３０１やＳＵＳ３０４といったステンレス材が好適であるが、鉄、銅、ニッケル合金、アルミニウムといった金属材料も用いることができる。さらに、ガラス板や樹脂フィルム等に、例えばニッケル、クロム、ＩＴＯ（ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘｉｄｅ）膜といった導電性被膜を付与したものを電鋳母型として用いることもできる。
また、必要に応じて導電性の電鋳母型に表面処理を行っても構わない。
ここでいう表面処理とは、後に施すレジスト膜の密着性の向上や、電鋳被膜の外観を向上させる等の目的で行うものであり、上述の目的を達成するのであればどのような処理を施しても構わないが、例えばバフ研磨といった物理的処理や、塩酸処理といった化学的処理、それらを複合した処理を行う。また、アルカリ脱脂等の脱脂処理を加えてもよい。

次いで、図１（ｂ）に示すように、電鋳母型１に感光性のレジスト膜２を形成する。
感光性のレジスト膜２を形成する方法としては、ドライフィルムレジストといったフィルム状の感光性レジストを既存のラミネータを使用してラミネートするといった方法や、液状の感光性レジストをロールコータやスピンコータ、バーコータやカーテンコータ、ディップコータといった既存の液状レジスト塗布装置を使用して電鋳母型１上に形成するといった方法があるが、何れの方法を使用しても構わない。感光性レジストには大別してネガタイプとポジタイプが存在するが、どちらのタイプの感光性レジストを使用しても構わない。
なお、感光性レジストの厚みに関しては、少なくとも後の工程で行う１次電着層５の電解めっきの厚みと、２次電着層６である電解ニッケル−リンめっきの厚みの和よりも厚くする。
本実施例では、ネガタイプのドライフィルムレジストを既存のラミネータ装置を使用してステンレス材の電鋳母型１上にラミネートする。

次いで、図１（ｃ）に示すように、レジスト膜２にパターン３を露光する。露光方法に関しては、ガラスやフィルムといった素材のパターン３が形成されたフォトマスクをレジスト膜２に密着させた後に超高圧水銀灯やメタルハライドランプといった紫外線を発生する光源を使用してレジスト膜２に紫外線を照射しても良いし、半導体レーザや超高圧水銀灯を光源に持つ直接描画装置を使用して、前記フォトマスクを使用せずにレジスト膜２にパターン３を直接描画しても構わない。
なお、密着露光用のフォトマスクや描画パターンはレジストのタイプに合わせてネガパターンかポジパターンかを選択して使用する。
本実施例では、大日本スクリーン製造社製直接描画装置ＬＩ−８５００を使用して、パターン３を直接レジスト膜２に描画している。

次いで、図１（ｄ）に示すように、パターン３を描画したレジスト膜２を現像、乾燥し、パターンレジスト膜４を形成する。
本実施例では、ネガタイプのレジストを使用しているため、前記直接描画装置で描画した部分のレジストが残り、パターンレジスト膜４を形成している。

次いで、図１（ｅ）に示すように、パターンレジスト膜４を形成した電鋳母型１を、例えばスルファミン酸ニッケルめっき浴の１次電鋳槽に移し、例えばニッケルあるいはニッケルを主成分とする合金等の電鋳を行って、電鋳母型１のパターンレジスト膜４で覆われていない表面に１次電着層５を形成する。１次電着層５の表面状態は光沢面でも半光沢面でも無光沢面でも、何れの表面粗さの電着層でもよい。また、表面硬度といった表面状態以外のめっき特性に関しても特に制限はないものである。要するにメタルマスクとして使用できる特性を有していれば、どのような電解浴で形成した電着層でも構わないものである。

次いで、１次電着層５を形成した電鋳母型１を１次電鋳槽から引き上げ、必要ならば水洗や酸処理といった前処理を施したのち、１次電着層５が形成された電鋳母型１を２次電鋳槽に入れて、図１（ｆ）に示すように、１次電着層５上に２次電着層６として電解ニッケル−リンめっきを２μｍ〜５μｍの厚み（推奨できるのは３μｍである）で形成する。
本実施例では、２次電着層６の形成は、例えばスルファミン酸ニッケル１００〜７５０ｇ／ｌ、ホウ酸１５〜４０ｇ／ｌ、ホスホン酸５〜１００ｇ／ｌ、サッカリンナトリウム１〜１０ｇ／ｌ、ピット防止剤微量、電流密度０．１〜３Ａ／ｄｍ２、ｐＨ１〜ｐＨ５、浴温４５℃のスルファミン酸ニッケル−リン浴からなる電解めっき槽である２次電鋳槽に入れることにより行う。

次いで、１次電着層５上に２次電着層６を形成した電鋳母型１を２次電鋳槽から引き上げ、必要ならば水洗や酸処理といった前処理を施したのち、１次電着層５上に２次電着層６を形成した電鋳母型１を、再度スルファミン酸ニッケルめっき浴の１次電鋳槽に移し、図１（ｇ）に示すように、例えばニッケルあるいはニッケルを主成分とする合金等の電鋳を行って、２次電着層６上に３次電着層７を形成する。３次電着層７の表面状態は光沢面でも半光沢面でも無光沢面でも、何れの表面粗さの電着層でもよいし、表面硬度といった表面状態以外のめっき特性に関しても特に制限はないものである。要するにメタルマスクとして使用できる特性を有していれば、どのような電解浴で形成した電着層でも構わないものである。また、３次電着層７は１次電着層５と異なる組成の電解浴で電着形成してもよいことは言うまでもない。

次いで、２次電着層６上に３次電着層７を形成した電鋳母型１を３次電鋳槽から引き上げ、必要ならば水洗や酸処理といった前処理を施したのち、図１（ｈ）に示すように剥離液によりパターンレジスト膜４を除去し、さらに電鋳母型１から剥がすことにより、単層メタルマスクよりも伸びを抑制した３層構造のメタルマスク９が完成する｛図１（ｉ）｝。
完成された３層構造メタルマスク９は、各電解めっき層の合計板厚で、２次電着層６であるニッケル−リンめっき層の２μｍ〜５μｍ（推奨３μｍ）と、１次電着層５及び３次電着層７を合計した厚みになる。
つまり、本発明による多層構造メタルマスクは、その層の組み合わせる数により多層構造にするものである。

以上、３層構造メタルマスクについて説明したが、これは電解めっきで作製するニッケル−リンめっき層を、従来の電解めっき法で作製したメタルマスクに挟み込むものである。
この際に、電解ニッケル−リンめっき層の厚みを薄くすることによって、電解ニッケル−リンめっき層の問題点である割れ易さを回避することができる。
また、メタルマスク自体を電鋳母型１から剥がしてから熱処理（１５０℃〜４００℃で１時間の処理）をすることによってさらに伸びを抑制することができる。
さらに、電解ニッケル−リンめっき層はエッチング法で凹を形成する際の、エッチング時のストップ層として使用することができる。

次に、エッチング法にて凹部を形成した３層構造メタルマスクの一実施例を添付図面にて詳細に説明する。
先ず、所定の厚みで形成した３層構造のメタルマスクを用意する｛図２（ａ）｝。
３層構造メタルマスクの形成方法は、前記図１（ａ）〜図１（ｇ）と同様の方法で形成するので、説明は省略する。
なお、図２（ａ）以降に示すように、パターン開口部８がエッチングエリアに含まれている場合は、パターンレジスト膜４の厚みは少なくとも１次電着層５の厚みと２次電着層６の厚みの和よりも厚ければよい。
なぜならば、１次電着層５の厚みと２次電着層６の厚みと３次電着層７の厚みの和がパターンレジスト膜４の厚みよりも厚くなってしまい、パターンレジスト膜４の厚みを超えて３次電着層７がオーバーハング状態で形成されて３次電着層７でパターン開口部８が塞がれてしまったとしても、後の工程であるエッチング工程において、パターン開口部８の３次電着層７がエッチングで除去されるからである。
また、次工程において３次電着層７がエッチングされて凹部が形成されるため、１次電着層５と２次電着層６の厚みの和はエッチングして残った凹部の底部の厚みで、１次電着層５と２次電着層６と３次電着層７の厚みの和はエッチングしないで残す部分のメタルマスクの厚みになるように形成しておくものである。

次いで、図２（ｂ）に示すように、３次電着層７上に感光性のレジスト膜１０を形成する。
本実施例では、図１（ｂ）と同様に、ネガタイプのドライフィルムレジストを既存のラミネータ装置を使用して３次電着層７上にラミネートする。
次いで、図２（ｃ）に示すように、レジスト膜１０にパターン１１を露光する。露光方法に関しては、図１（ｃ）同様に大日本スクリーン製造社製直接描画装置ＬＩ−８５００を使用して、前記描画装置の機能を使用して図示しない認識マークで位置合わせを行ってから、パターン１１を直接レジスト膜１０に描画する。
次いで、図２（ｄ）に示すように、パターン１１を描画したレジスト膜１０を現像・乾燥し、パターンレジスト膜１２を形成する。本実施例では、ネガタイプのレジストを使用しているため、前記直接描画装置で描画した部分のレジストが残り、パターンレジスト膜１２を形成している。
次いで、図２（ｅ）に示すように、塩化第二鉄溶液といった既存のエッチング液を使用して、パターンレジスト膜１２で覆われていない３次電着層７をエッチングする。３次電着層７が徐々にエッチングされていくと、エッチング液は電解ニッケル−リンめっき層である２次電着層６に到達する。すると、２次電着層６は電解ニッケル−リンめっき層であるために、エッチング速度が急激に遅くなる。つまり、電解ニッケル−リンめっき層である２次電着層６がエッチングのストップ層の役割を果たすため、１次電着層５までエッチングが進行せず、エッチング深さのバラツキが少ないエッチングが可能となる。

また、このエッチングの際、塩化第二鉄溶液により電解ニッケル−リンめっき層が酸化されて表面に酸化皮膜が形成されるため、電解ニッケル−リンめっき面が外観上黒化するので、目視でエッチング量（深さ）を確認することができる。
さらに、エッチング時のストップ層として電解ニッケル−リンめっきを使用することで、ストップ層のないエッチングと比較してエッチングエリアにおけるエッチング量（深さ）のバラツキを少なくでき、精度良くエッチングできるため、エッチング量（深さ）をより深くすることができる。
次いで、必要ならば水洗や酸処理といった前処理を施したのち、図２（ｆ）に示すように剥離液によりパターンレジスト膜１２を除去し、さらに電鋳母型１から剥がすことにより、単層メタルマスクよりも伸びを抑制した３層構造のメタルマスク（エッチング仕様）１３が完成する｛図２（ｇ）｝。
なお、前記したように、エッチング時のストップ層として電解ニッケル−リンめっきを使用することで、ストップ層のないエッチングと比較してエッチングエリアにおけるエッチング量（深さ）のバラツキを少なくでき、精度良くエッチングできるため、電鋳母型１からメタルマスク（エッチング仕様）１３を剥がすときに凹部に発生し易い歪みを抑制することができる。
次いで、メタルマスク自体を電鋳母型１から剥がして熱処理（１５０℃〜４００℃で１時間の処理）をすることによって、さらにエッチングメタルマスク１３の伸びを抑制することができる。

ここで、電解ニッケル−リンめっき皮膜の厚みを２μｍ〜５μｍが望ましいとしたことの理由を簡単に説明する。
近年、例えば導電性ボール搭載用マスクとして使用されるメタルマスクは、導電性ボールを搭載する基板に事前に形成されているフラックスを避けるため、必ずと言ってよいほど、凹部を形成した構造となっている。さらに、年々導電性ボールの径が小さくなっているために、凹部の底部の厚みを薄くする要求が高まってきている。しかしながら、フラックスを避けるために、ある程度の凹部の深さも必要であり、近年では、メタルマスクの総厚の半分以上の厚みをエッチングして凹部を形成しなければならない場合が多くなってきている。
通常、エッチング液を使用してエッチングを行う場合、深さ方向にエッチングが進行していくと同時に周辺部（横方向）もエッチングされていく、いわゆるサイドエッチという現象が発生する。サイドエッチが発生するエッチングエリア外周部のエッチング量（深さ）は、エッチングエリア中央部付近と比較すると、エッチング量（深さ）が少ないため、エッチングエリア中央部と周辺部ではエッチング量（深さ）にバラツキがある。
そこで、電解ニッケル−リン皮膜をストップ層として使用することでエッチング速度を遅らせ、エッチング量（深さ）のバラツキを少なくするのだが、電解ニッケル−リン皮膜の厚みが薄いと、エッチングエリアの中央部と周辺部のエッチング量（深さ）のバラツキを少なくする前に電解ニッケル−リン皮膜がエッチング液によってエッチングされてしまい、エッチングの進行を抑えることができなくなって、１次電着層５までエッチングしてしまう事態に陥ってしまう。
そこで、エッチングの進行を食い止めるのに必要な電解ニッケル−リンめっき皮膜の膜厚は、２μｍ超は必要であることをつきとめたものである。

次に、電解ニッケル−リンめっき皮膜の厚みの上限を５μｍとした理由は、クラック防止のためである。
電解ニッケル−リンめっき皮膜はめっきのみの状態であっても、ビッカース硬さ（ＨＶ）は６００あり、割れやすくなる傾向がある。
従って、電解ニッケル−リンめっき皮膜の厚みが５μｍを超すと、クラックの発生が多くなり、そのクラックが起点となってメタルマスクの破損に結びつく可能性がある。
以上を踏まえて、電解ニッケル−リンめっき層の厚みは２μｍ〜５μｍが望ましいものである。

なお、本メタルマスクはそのままの状態でも使用可能であるが、スクリーン印刷用マスクとして、あるいは導電性ボール搭載用マスクといった各種マスクとして使用する場合においては、メタルマスクを例えば枠体に直接貼り付けた状態で使用することもできるし、また、メタルマスクを枠体の略中央部にスクリーンメッシュ等の支持シートを介して貼り付けた、いわゆるコンビネーションマスクとして使用することもできる。

電解めっき層で形成する多層構造メタルマスクであれば、各種印刷用マスク、ボール搭載用マスク、ボール吸着用マスク、開口部にメッシュ構造を持つマスク、サスペンドメタルマスク、有機ＥＬ作製等に使用する蒸着マスクといった各種マスクに応用することができる。

１・・・・電鋳母型
２・・・・レジスト膜
３・・・・開口パターン
４・・・・パターンレジスト膜
５・・・・１次電着層
６・・・・２次電着層
７・・・・３次電着層
８・・・・パターン開口部
９・・・・メタルマスク
１０・・・・レジスト膜
１１・・・・パターン
１２・・・・パターンレジスト膜
１３・・・・メタルマスク（エッチング仕様）

Claims

電解めっきの単層メタルマスクの上にニッケル−リンの電解めっき層を一層重ね、さらにその上に電解めっきの単層メタルマスクを積層するように、電解めっきの単層メタルマスクとニッケル−リンの電解めっき層を交互に積層して、電解めっきの単層メタルマスクの間にニッケル−リンの電解めっき層を挟み込んで、電解めっきの単層メタルマスクよりも経時変化によるメタルマスクの伸びを抑制した高寸法精度を得られる電解めっき層の３層以上の多層皮膜構造を持つことを特徴とする多層構造メタルマスク。
電解めっきの単層メタルマスクの間に挟み込むニッケル−リンの電解めっき層の厚みを２μｍ〜５μｍにしたことを特徴とする請求項１に記載の多層構造メタルマスク。
請求項１または請求項２に記載の多層構造メタルマスクに熱処理を施したことを特徴とする多層構造メタルマスク。
エッチング法で凹部を形成したことを特徴とする請求項１〜請求項３のうち、いずれか１項に記載の多層構造メタルマスク。