JP5486936B2

JP5486936B2 - レーザ加工によるメタルマスクの化学研磨方法

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Publication number: JP5486936B2
Application number: JP2010012937A
Authority: JP
Inventors: 洋次三橋; 貞雄山▲崎▼
Original assignee: Bon Mark Co Ltd
Current assignee: Bon Mark Co Ltd
Priority date: 2010-01-25
Filing date: 2010-01-25
Publication date: 2014-05-07
Anticipated expiration: 2030-01-25
Also published as: JP2011148253A

Description

この発明は、レーザ加工によるメタルマスクの化学研磨方法に関するものである。

従来、ステンレス鋼からなる薄板をレーザ加工により開口部（貫通穴）を貫通形成して得られるメタルマスクにおいては、レーザ加工後に電解研磨を用いて、開口部周囲表面のドロス除去、開口部エッジのバリ除去、及び開口部壁面の凹凸緩和を行うのが主流となっている。しかしながら、電解研磨はステンレス鋼に電気を流して研磨するため、電解研磨の性質として、どうしても高電流部と低電流部の発生が不可避であり、良く研磨される部分とそうでない部分が発生する。また、一般的には、電解研磨する製品が大きい物ほど高電流部と低電流部の差が大きくなり、仕上がりの差が目立ち易い。逆に電解研磨する製品が小さい物ほど高電流部と低電流部の差が小さく、仕上がりの差が目立ちにくくなる。また、開口部の大きい物ほど研磨量が大きく、開口部の小さい物ほど研磨量が小さい。また、開口部周囲表面のドロス除去は、外周部が高電流となり研磨され易いが、中心部は電流が弱く研磨されにくい。また、開口部エッジのバリ除去は、バリの先端部に電流が集中することから溶解が進み易く、開口部エッジが丸みを帯びてくるという問題がある。その結果、半田印刷における抜け性に影響が発生し、要求された半田量が供給できないという不具合が発生する。また、開口部の大小により電流が異なることと、外周と中心部によっても電流が異なるため、研磨バラツキが大きくなり、ここ最近における微細加工においてはユーザーの要求に応えることが困難な状況になってきている。なお、電解研磨ではメタルマスクの表面が鏡面仕上げとなっている（図９参照）。

また、従来技術として、ステンレス薄板を弗酸を含む水溶液に浸漬して酸洗浄を施し、レーザ加工時に貫通孔に付着したドロスなどを除去する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平７−４００７０号公報

従来技術のドロスを除去する方法では、ドロス等の溶解とともにメタルマスク本体も溶解されるため、特に開口部（貫通穴）のエッジが丸みを帯びてくるという問題があり、半田印刷における抜け性に影響が発生し、要求された半田量が供給できないという不具合が発生する。

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、電解研磨と比べて、複雑な形状や微小な部品、さらには開口部の大小による研磨量の偏りがなく、均一した研磨量が得られるようにしたレーザ加工によるメタルマスクの化学研磨方法を提供するものである。

この発明に係るレーザ加工によるメタルマスクの化学研磨方法においては、ステンレス薄板にレーザビームを照射して複数の開口部を貫通形成し、開口部内面や開口部エッジに溶融酸化物が付着され、開口部周囲表面に酸化膜が形成されたレーザ加工によりメタルマスクを得る工程と、レーザ加工により得られたメタルマスクを化学研磨処理することにより、開口部内面や開口部エッジに付着している溶融酸化物、及び開口部周囲表面に形成されている酸化膜を化学研磨する化学研磨処理工程とを備え、化学研磨処理工程は、開口部エッジに付着している溶融酸化物（バリ）除去の際、溶解し過ぎて開口部エッジに丸みを帯びさせることなく、開口部エッジを略直角に保ちながらバリを除去するものであり、化学研磨処理工程で用いる化学研磨液は、ステンレス鋼板研磨の主剤として、使用濃度３〜５％（Ｗ/Ｖ）の塩化鉄溶液を９０〜１２０ｃｃ／Ｌ含むものである。

また、化学研磨処理工程で用いる化学研磨液は、化学研磨作用ができる液粘度に上げるために、リン酸を３７〜４０ｃｃ／Ｌ含むものである。

また、化学研磨処理工程で用いる化学研磨液は、液粘度の調整のために、使用濃度０．１２％（Ｗ/Ｖ）程度のでんぷん粉を１〜１．２ｇ／Ｌ含むものである。

また、化学研磨処理工程で用いる化学研磨液は、表面光沢を良くするために、使用濃度０．２５％（Ｗ/Ｖ）程度のポリエチレングリコールを２〜２．５ｇ／Ｌ含むものである。

また、化学研磨処理工程で用いる化学研磨液は、金属表面のヌレ性を良くする界面活性剤として、使用濃度０．００２％（Ｗ/Ｖ）程度のｎ−ドデシル硫酸ナトリウムを０．００５ｇ／Ｌ含むものである。

また、化学研磨処理工程で用いる化学研磨液は、液色を整えるために、使用濃度０．１％（Ｗ/Ｖ）程度の酸化チタンを０．１ｇ／Ｌ含むものである。

この発明によれば、開口部エッジに付着している溶融酸化物（バリ）除去の際、溶解し過ぎて開口部エッジに丸みを帯びさせることなく、開口部エッジを略直角に保ちながら前記バリを除去するので、半田印刷における抜け性に影響が発生することもなく、要求された半田量を供給することができる効果がある。

この発明の実施例１におけるレーザ加工により得られたメタルマスクを示す平面図である。図１のＣ−Ｃ線に沿った拡大断面図である。この発明の実施例１におけるレーザ加工によるメタルマスクの化学研磨方法の試験例で測定した結果を示す表である。この発明の実施例１におけるレーザ加工によるメタルマスクの化学研磨方法の試験例を示す開口部の拡大斜視図である。図４のＤ−Ｄ線に沿った拡大断面図である。この発明の化学研磨による開口部を示す顕微鏡写真である。従来のレーザ加工によるメタルマスクの電解研磨方法の試験例を示す開口部の拡大斜視図である。図７のＥ−Ｅ線に沿った拡大断面図である。従来の電解研磨による開口部を示す顕微鏡写真である。この発明の化学研磨によるメタルマスクと従来の電解研磨によるメタルマスクの印刷結果をはんだ転写率で比較したグラフである。

図１はこの発明の実施例１におけるレーザ加工により得られたメタルマスクを示す平面図、図２は図１のＣ−Ｃ線に沿った断面図である。
この発明によるレーザ加工により得られたメタルマスク１とは、ステンレス鋼板（ＳＵＳ）からなるステンレス薄板２（板厚約１３０μｍ前後）にレーザ光源からレーザビームを照射し、複数の開口部（貫通穴）３を貫通形成することにより得られるものである。複数の開口部３は、上下一対で対向して配置されたＡ部分と、左右一対で対向して配置されたＢ部分とからなり、各開口部３の開口寸法幅は、設計値で約１８０μｍである。そして、上記のようにレーザ加工を行うと、ステンレス薄板２は、開口部３の内面にドロスと呼ばれる溶融酸化物４が付着したり、開口部３の下端エッジに溶融酸化物４がバリとなって付着したり、金属の溶融物の飛散物が付着したり、開口部周囲表面に酸化膜が形成される。このような溶融酸化物（バリ）４、飛散物及び酸化膜をそのままにしておくと、加工精度が悪く使用できないため、ドロス等を除去する研磨処理が必要となってくる。

この発明によるレーザ加工によるメタルマスクの化学研磨方法は、使用薬品として次のような化学研磨液を用いる。
・塩化鉄溶液：ステンレス鋼板研磨の主剤であり、原液は４０°Ｂｅ溶液、比重１．３８５使用濃度３〜５％（Ｗ/Ｖ）塩化鉄濃度として９０〜１２０ｃｃ／Ｌとする。なお、好ましくは１００ｃｃ／Ｌである。
・リン酸：化学研磨の作用ができるように液粘度を上げる。原液は８５％溶液、比重１．７５腐食性のある液体であり、３７ｃｃ／Ｌ以上が良いが、高価な薬品であるため、４０ｃｃ／Ｌが好ましい。なお、少ないと（例えば、２７ｃｃ／Ｌでは）開口部内壁が研磨されない。
・でんぷん粉：液粘度の調整のために用いるもので、使用濃度０．１２％（Ｗ/Ｖ）で１〜１．２ｇ／Ｌが適当である。少ないと開口部内壁が研磨されないし、多すぎても開口部内壁が研磨されない。
・ポリエチレングリコール：表面光沢を良くする。使用濃度０．２５％（Ｗ/Ｖ）で２〜２．５ｇ／Ｌが適当である。少ないとピッティングを発生させる。
・ｎ-ドデシル硫酸ナトリウム：金属表面のヌレ性を良くする界面活性剤として使用する。使用濃度０．００２％（Ｗ/Ｖ）で０．００５ｇ／Ｌが適当である。多すぎると、開口部内壁が研磨されない。
・酸化チタン：液色を整えるために加えるもので、研磨効果に影響しないが、使用濃度０．１％（Ｗ/Ｖ）で０．１ｇ／Ｌが適当である。
上記化学研磨によるステンレス鋼板の表面粗度は、元のステンレス鋼板の表面粗度よりも粗れることになる。

図３はこの発明のレーザ加工によるメタルマスクの化学研磨方法の試験例で測定した結果を示す表である。
図３において、試験試料Ｎｏ.１〜５は、いずれもヤスリ研磨ありの場合である。レーザ加工によるメタルマスクの表面は粗面となっているので、化学研磨の前に軽くヤスリを掛けるヤスリ研磨ありの場合が好ましい。そして、試験試料Ｎｏ.１は化学研磨時間５分、試験試料Ｎｏ.２は化学研磨時間１０分、試験試料Ｎｏ.３は化学研磨時間１５分、試験試料Ｎｏ.４は化学研磨時間２０分、試験試料Ｎｏ.５は化学研磨時間なしの場合である。この試験例では、化学研磨前後の板厚（μｍ）の測定結果とその差異、及び化学研磨前後の開口寸法幅（μｍ）の測定結果とその差異をそれぞれ表わしている。この測定結果を分析すると、試料Ｎｏ.１〜試料Ｎｏ.４は、試料化学研磨なしの試料Ｎｏ.５と比較しても、大きな変化は認められない。すなわち、化学研磨前後の板厚では１〜４μｍ程度の差異が認められるだけであり、化学研磨前後のＡ部の開口寸法幅では２〜３μｍ程度の差異、Ｂ部の開口寸法幅では３〜５μｍ程度の差異が認められるだけであるので問題がない。

図４はこの発明のレーザ加工によるメタルマスクの化学研磨方法の試験例を示す開口部の拡大斜視図、図５は図４のＤ−Ｄ線に沿った拡大断面図、図６は化学研磨による開口部を示す顕微鏡写真、図７は従来のレーザ加工によるメタルマスクの電解研磨方法の試験例を示す開口部の拡大斜視図、図８は図７のＥ−Ｅ線に沿った拡大断面図、図９は電解研磨による開口部を示す顕微鏡写真、図１０はこの発明の化学研磨によるメタルマスクと従来の電解研磨によるメタルマスクの印刷結果をはんだ転写率で比較したグラフである。
この発明の化学研磨方法により、開口部周囲表面のドロス除去、開口部エッジのバリ除去、及び開口部壁面の凹凸緩和を実施した場合は、図４及び図５に示すように、開口部周囲表面のドロス除去及び開口部壁面の凹凸緩和はもちろん、特に開口部エッジに付着している溶融酸化物（バリ）除去の際、溶解し過ぎて開口部エッジに丸みを帯びさせることなく、開口部エッジを略直角（略垂直に立っている）に保ちながら前記バリを除去するので、半田印刷における抜け性に影響が発生することもなく、要求された半田量を供給することができる。また、この発明の化学研磨方法により得られたメタルマスクの表面は、軽くヤスリを掛けるヤスリ研磨ありの場合であっても、図６の顕微鏡写真に示すように、表面は粗面であって、鏡面仕上げとはならないので、はんだ印刷の際、ペーストの流動性を適正に抑えることができる。なお、従来の電解研磨の場合では、図７及び図８に示すように、開口部エッジのバリの先端部に電流が集中することから溶解が進み、エッジが丸みを帯びてくるという問題が発生する。また、従来の弗酸を含む水溶液に浸漬してドロス等の溶解とともにメタルマスク本体も溶解されて、開口部エッジが丸みを帯びてくるという同様の問題が発生する。この丸みは、縦が約１〜３μｍ、横が約６〜８μｍ程度である。また、従来の電解研磨方法により得られたメタルマスクの表面は、図９の顕微鏡写真に示すように、表面は鏡面仕上げとなっているので、はんだ印刷の際、ペーストの流動性が良すぎて流れてしまうという問題がある。これに対し、この発明の化学研磨方法によれば、開口部周囲表面のドロス除去、開口部エッジのバリ除去、及び開口部壁面の凹凸緩和を実施した場合でも、開口部エッジが略直角（略垂直に立っている）であるため、半田印刷における抜け性に影響が発生することもなく、要求された半田量を供給することができる。なお、この発明の化学研磨によるメタルマスクと従来の電解研磨によるメタルマスクの印刷結果をはんだ転写率で比較したものが図１０のグラフである。縦軸ははんだ転写率（はんだが全部抜けると１００％）であり、横軸は開口部サイズΦ０．２ｍｍ、Φ０．２５ｍｍ、Φ０．３ｍｍ、Φ０．３５ｍｍ、Φ０．４ｍｍ、０．２ｍｍ×０．２ｍｍ、０．３ｍｍ×０．３ｍｍである。棒グラフの右側がこの発明の化学研磨による印刷結果を示し、棒グラフの左側が従来の電解研磨による印刷結果を示す。この図１０によれば、この発明の化学研磨による処理マスクは、従来の電解研磨による処理マスクと比較して、はんだ転写量が約５％弱改善されるものである。

１メタルマスク
２ステンレス薄板
３開口部（貫通穴）
４溶融酸化物（バリ）

Claims

ステンレス薄板にレーザビームを照射して複数の開口部を貫通形成し、前記開口部内面や開口部エッジに溶融酸化物が付着され、開口部周囲表面に酸化膜が形成されたレーザ加工によりメタルマスクを得る工程と、
レーザ加工により得られたメタルマスクを化学研磨処理することにより、前記開口部内面や開口部エッジに付着している溶融酸化物、及び開口部周囲表面に形成されている酸化膜を化学研磨する化学研磨処理工程とを備え、
前記化学研磨処理工程は、前記開口部エッジに付着している溶融酸化物（バリ）除去の際、溶解し過ぎて開口部エッジに丸みを帯びさせることなく、開口部エッジを略直角に保ちながら前記バリを除去するものであり、化学研磨処理工程で用いる化学研磨液は、ステンレス鋼板研磨の主剤として、使用濃度３〜５％（Ｗ/Ｖ）の塩化鉄溶液を９０〜１２０ｃｃ／Ｌ含むことを特徴とするレーザ加工によるメタルマスクの化学研磨方法。
化学研磨処理工程で用いる化学研磨液は、化学研磨作用ができる液粘度に上げるために、リン酸を３７〜４０ｃｃ／Ｌ含むことを特徴とする請求項１記載のレーザ加工によるメタルマスクの化学研磨方法。
化学研磨処理工程で用いる化学研磨液は、液粘度の調整のために、使用濃度０．１２％（Ｗ/Ｖ）程度のでんぷん粉を１〜１．２ｇ／Ｌ含むことを特徴とする請求項３又は請求項２記載のレーザ加工によるメタルマスクの化学研磨方法。
化学研磨処理工程で用いる化学研磨液は、表面光沢を良くするために、使用濃度０．２５％（Ｗ/Ｖ）程度のポリエチレングリコールを２〜２．５ｇ／Ｌ含むことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載のレーザ加工によるメタルマスクの化学研磨方法。
化学研磨処理工程で用いる化学研磨液は、金属表面のヌレ性を良くする界面活性剤として、使用濃度０．００２％（Ｗ/Ｖ）程度のｎ−ドデシル硫酸ナトリウムを０．００５ｇ／Ｌ含むことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載のレーザ加工によるメタルマスクの化学研磨方法。
化学研磨処理工程で用いる化学研磨液は、液色を整えるために、使用濃度０．１％（Ｗ/Ｖ）程度の酸化チタンを０．１ｇ／Ｌ含むことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載のレーザ加工によるメタルマスクの化学研磨方法。