JPH11133587A - シャドウマスク製造用ハードマスク及びその製造方法、並びにハードマスクを用いたシャドウマスクの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 エマルジョンプレートに代わるシャドウマス
ク製造用のフォトマスクとしてのハードマスクを得るこ
とを目的とする。 【解決手段】 紫外光に対して透明な基板１１の両面に
無電解メッキにより金属層１２を形成する。その後、基
板の少なくとも一方の面に形成されている金属層の上に
レジストパターン１３を形成する。その後、前記レジス
トパターンを利用して前記金属層をパターニングする。
このようにすることにより、ガラス基板に反りを発生さ
せることなく、所望のパターンの金属膜を形成すること
ができ、良好なシャドウマスク製造用ハードマスクを得
ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、カラー受像管用シ
ャドウマスクを製造する際に用いられるフォトマスクと
してのハードマスクに関する。

【０００２】

【従来の技術】カラー受像管に使用されるシャドウマス
クは、厚さ０．１２mm〜０．２５mmのアルミキルド鋼ま
たは低熱膨張材であるアンバー材からなる薄板金属基材
に円形状または矩形状の多数の微細な電子ビーム通過孔
を所定のピッチで形成したものである。通常は、電子銃
側の電子ビーム通過孔（小孔）径が蛍光体スクリーン側
の電子ビーム通過孔（大孔）径よりも小さくなるように
形成されている。

【０００３】このシャドウマスクは、通常、フォトエッ
チング技術により形成される。すなわち、まず、高温の
アルカリ溶液にて脱脂処理することにより薄板金属基材
の表面に残存する油分を除去し、さらに水洗する。この
後、基材の両面にカゼインに重クロム酸塩を添加してな
る液状レジストを塗布、乾燥してレジスト膜を形成す
る。この後、所定のパターンが作画形成されているフォ
トマスクを基材両面のレジスト膜に密着させて露光する
ことにより、フォトマスクのパターンをレジスト膜に焼
き付ける。その後、水による現像、乾燥を経て、所定の
レジストパターンを基材両面に形成する。その後、一般
的に、円形開孔タイプは、小孔側、大孔側と２段階に分
けたエッチング、矩形開孔タイプは、両面から同時にエ
ッチングされ、レジストパターンを剥離して、シャドウ
マスクが完成する。

【０００４】上記製造工程において、基材上のレジスト
膜にパターンを焼き付けるためのフォトマスクには、青
板ガラス上に硝酸銀系の感光剤をゼラチンに分散させて
なる乳剤を塗布したエマルジョンプレートに、フォトプ
ロッターと呼ばれるパターンジェネレーターにて所定の
パターンが作画されたものを用いている。

【０００５】このエマルジョンプレートをフォトマスク
として長尺状のシャドウマスク基材にレジストパターン
を焼き付けるパターン焼き付け工程は次のような工程で
ある。すなわち、大孔側焼き付けパターンを有するエマ
ルジョンプレートと小孔側焼き付けパターンを有するエ
マルジョンプレートとを所定の位置精度で対向配置さ
せ、この一対のエマルジョンプレート間にシャドウマス
ク基材を必要量送り出し、一対のエマルジョンプレート
を真空密着させてから高圧水銀等などの光源を用いて紫
外線露光し、露光終了後に真空密着を解除してから必要
量巻き取るようになっている。

【０００６】ところで、近年、各種ディスプレイ用、モ
ニター用に使用されるカラーブラウン管に用いられるシ
ャドウマスクには、極めて微細かつ高精度の電子ビーム
通過孔を形成することが要求されている。例えば、ディ
スプレイ用カラーブラウン管に使用される円形状の電子
ビーム通過孔は、シャドウマスク上のピッチが０．２mm
〜０．３mmで、大孔と小孔との連結部の孔径は直径０．
１００mm〜０．１５０mmと微細であり、且つ孔寸法精度
も±３μｍと高精度の品位が要求されている。

【０００７】このため、矩形状パターンを用いた従来の
一般テレビ用ブラウン管に使用されるシャドウマスクの
パターンでは問題にならなかった露光時におけるエマル
ジョンプレートへのゴミ付着が製造歩留を著しく下げる
という新たな問題が生じている。

【０００８】すなわち、上述した通り、通常、シャドウ
マスクを製造する際の露光工程にはフォトマスクとして
エマルジョンプレートが用いられており、このエマルジ
ョンプレートはゼラチン膜を用いたものであるため、膜
強度が弱くゴミや金属屑等の異物により乳剤膜が傷つき
やすい。乳剤に傷がついた場合、焼き付け用ネガパター
ンに形成されている多数の円形状の不透光パターンの一
部が欠落してしまったり、異物が付着した部分は光を通
さず露光不良となったりして、結果としてパターン寸法
の小さなディスプレイ管用シャドウマスクではマスク孔
欠点不良が増加し、生産歩留まりを下げるという問題に
なってしまう。また、現在使用しているエマルジョンプ
レートはフォトマスク作成時の露光部と未露光部との間
に膜厚の差がなく乳剤層の表面が平坦なため、大孔側及
び小孔側エマルジョンプレートをシャドウマスク基材に
真空密着させる時に真空密着に時間がかかり、生産性を
下げるという問題がある。

【０００９】このようなエマルジョンプレートの代替え
として液晶ディスプレイや半導体の製造で使用されてい
るハードマスクの採用が提案されている。このハードマ
スクは、ガラス上にスパッタ等で形成したクロム層等を
エッチングすることにより凹凸パターンとしたものであ
るので真空密着時間の短縮が期待できる。

【００１０】しかしながら、このようなハードマスクは
一般的にはスパッタ法などで形成するので、シャドウマ
スクのような大型版は多大の設備投資を要し容易に製造
できないという問題がある。また、スパッタのように、
片面にのみクロム層等を形成すると、シャドウマスク用
フォトマスクのような大型版ではクロムの膜応力のため
にガラスの返りという問題が生じる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述の問題
点を解決するためになされたものであり、金属層が堅く
且つ適度な膜厚があり、大型化が容易にできるシャドウ
マスク製造用ハードマスクを提供することを目的とし、
その結果、シャドウマスク製造工程における生産歩留ま
り向上及び生産性向上を目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は、金属薄板の両面にフォトレジスト膜を形
成する工程と、このフォトレジスト膜にフォトマスクを
介して所定パターンを焼き付けることによりレジストパ
ターンを形成するレジストパターン形成工程と、エッチ
ングすることにより所定の開孔を形成するエッチング工
程と、から主になるシャドウマスクの製造方法における
レジストパターン形成工程に用いるフォトマスクを改良
したものである。

【００１３】本発明は、紫外光に対して透明な基板と、
この基板上に所定パターンで形成された金属層と、から
なることを特徴とするシャドウマスク製造用ハードマス
クである。

【００１４】このように、本発明ではシャドウマスク製
造工程のうちのレジストパターンを焼き付けるためのフ
ォトマスクとして硬い金属膜が形成されたハードマスク
を用いることにより、歩留まりが向上し、その結果、生
産性が向上する。

【００１５】本発明では、無電解メッキにより形成され
る金属層はシャドウマスク基材と接触する部分であるた
め、基材よりも硬い膜であることが望まれる。具体的に
は、ビッカース硬度で６００以上であれば望ましい。そ
のような金属層の材料としては、Ｎｉに、ＮｉとＰ、Ｃ
ｏ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｕの少なく
とも１種以上の共析物、すなわち、ＮｉにＮｉ_x Ｙ_y
（ＹはＰ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｗ、Ｍｏ、
Ｃｕの少なくとも１種）で表わされる金属間化合物を析
出させたもの、並びにＮｉにセリサイトを分散させたも
のが適用できる。なお、本発明に用いられるセリサイト
としては、Ａｌ₂ Ｏ₃ 、ＴｉＯ₂ 、ＳｉＮ₄ 、ＢＮ、Ｓ
ｉＣなどの酸化物、窒化物、、炭化物があげられる。以
上の材料の中でもＮｉ−Ｐがメッキ条件を容易に設定で
きるため望ましい。

【００１６】また、無電解メッキによる金属層の厚さ
は、真空密着の際の時間短縮を図る観点から０．３μｍ
以上、好ましくは０．５μｍ以上であるが、０．８μｍ
以上になるとメッキ膜である金属層の応力が大きくなっ
てしまい透明基板上に直接形成するのが容易でなくな
る。このような場合には、透明な基板と金属層との間に
応力緩和層を形成することが望ましい。応力緩和層は、
化学的に下地にアンカリングし、膜応力が強くても耐え
るので、直接形成する場合よりも金属層の膜厚を厚くす
ることができる。応力緩和層としては、ＩＴＯ、ＳｎＯ
₂ 、ＺｎＯ、ＡＴＯ、ＰドープＳｉＯ₂ のいずれかを用
いることができる。形成方法としては、スパッタリン
グ、電子ビーム蒸着、湿式法のいずれでもよい。

【００１７】また、シャドウマスクの製造に用いるフォ
トマスクは、基本的に基板の片面にのみパターンが形成
されていればよいが、比較的大面積の基板の片面側のみ
でパターニング工程をすませようとすると、基板に反り
が生じてしまうおそれがある。そこで、本発明は、この
ような反りが生じることのない製造方法をを提供する。

【００１８】すなわち、本発明では一旦、ガラス基板の
両面に無電解メッキによる金属層を設けて、一方の側を
パターニングするのと同時に他方の側の金属層を剥離し
ている。このようにすることにより、無電解メッキによ
る金属層の形成時にガラス基板に働く応力を基板の両面
で略均一にすることができるため、反りの発生を防止す
ることができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しながら説明する。

【００２０】

【実施例１】本発明によるシャドウマスク製造用ハード
マスクの第１の実施例は図１に示すような構造となって
いる。図１は断面図であり、紫外線を透過する青板ガラ
スからなる透明な基板１１の上に所望の厚さの金属層１
２が形成されている。金属層１２は、シャドウマスク基
材上に塗布形成されたレジスト層に開孔形成用パターン
を焼き付けるための遮光部であり、平面的に見ると図示
しないがシャドウマスクのタイプに応じて矩形又は円形
の多数の微小ドットとなっている。そして、パターニン
グされた金属層の間、すなわち金属層が形成されていな
い部分は、シャドウマスク基材への真空密着する際の空
気の抜け道を形成する。

【００２１】このようなハードマスクは次のような方法
で得ることができる。まず、所定の大きさ、例えば３０
インチ×４３インチで板厚５．０mmの寸法で泡等の欠陥
のない青板ガラスからなる基板１１を工水及び純水、必
要に応じて薬液を用いてよく洗浄する。その後、青板ガ
ラスの表面にＰｄの触媒核を形成する活性化処理を行っ
た後、Ｎｉ−Ｐ無電解メッキ液と次亜燐酸の還元剤を含
む無電解メッキ液に所定時間ディッピングし、基板１１
の全面に膜厚０．５５μｍのＮｉ−Ｐ層１２を形成する
（図２（ａ）参照）。

【００２２】その後、ロールコーター法、バーコーター
法、スプレー法、ディッピング法等を用いて乾燥後の膜
厚が０．７mm〜１．０μｍのレジスト層１３を塗布形成
し、プリベークする（図２（ｂ）参照）。なお、本実施
例ではロールコーター法を用い、ヘキスト社製のポジ型
レジスト１３５０Ｊを用いている。

【００２３】この後、マイクロニック社製のレーザープ
ロッターＬＲＳ−１１００にＨｅ−Ｃｄレーザーを搭載
したものを用いて、レーザー照射された部分１３ｂとレ
ーザー照射されなかった部分１３ａとからなる所定のパ
ターン１３を形成する（図２（ｃ）参照）。

【００２４】この後、シプレー社製AZ-Developerを純水
に１対１で希釈したものに、２０℃、５分現像し、レー
ザー光の照射部を除去してパターニングされたレジスト
層を形成する（図２（ｄ）参照）。

【００２５】この後、硝酸１２％、燐酸５５〜６５％、
残部純水に少量の界面活性剤を添加したエッチング液を
用いて、２３℃、３分スプレーエッチングし、所定の金
属層パターンを得る（図２（ｅ）参照）。

【００２６】この後、シプレー社製の剥離液（AZ-Remov
er）を用いて２３℃、３分ディッピングし、レジスト層
を剥離し、水洗、乾燥して所定のハードマスクパターン
を得た（図２（ｆ）参照）。

【００２７】このようにして得られた本実施例のハード
マスクの特性について、次に説明するようなシャドウマ
スクの製造工程に適用した結果は表１に示すようにな
る。なお、比較例として、従来のＣｒハードマスク、エ
マルジョンプレートを用いた。

【００２８】先ず、高温のアルカリ溶液にて脱脂処理す
ることによりアルミキルド鋼やアンバー材からなる薄板
金属基材の表面に残存する油分を除去し、さらに水洗す
る。この後、基材の両面にカゼインに重クロム酸塩を添
加してなる液状レジストを塗布、乾燥してレジスト膜を
形成する。この後、本実施例のハードマスク、従来のＣ
ｒハードマスク、エマルジョンプレートをそれぞれ基材
両面のレジスト膜に密着させて露光することにより、フ
ォトマスクのパターンをレジスト膜に焼き付ける。その
後、水による現像、乾燥を経て、所定のレジストパター
ンを基材両面に形成する。その後、一般的に、円形開孔
タイプは、小孔側、大孔側と２段階に分けたエッチン
グ、矩形開孔タイプは、両面から同時にエッチングさ
れ、レジストパターンを剥離して、シャドウマスクが完
成する。

【００２９】

【表１】

【００３０】表１から明らかなように、本実施例のハー
ドマスクは、エマルジョンプレートと比べると寿命が格
段に向上しており、また寿命が同程度のＣｒハードマス
クに比較しても吸着時間が短いという優れた特性を示し
た。また、本実施例のハードマスクはその製造過程で金
属層の応力によるガラス基板の反りが発生しないので、
フォトマスクとしての品位は良好である。

【００３１】さらに、このようなハードマスクを用いて
シャドウマスクを製造することにより、真空吸着に要す
る時間を短縮することができ、フォトマスクであるハー
ドマスクの寿命も向上するので生産性を高めることがで
きる。

【００３２】

【実施例２】本発明によるシャドウマスク製造用ハード
マスクの第２の実施例は図３に示すような構造となって
いる。図３は断面図であり、紫外線を透過する青板ガラ
スからなる透明な基板１１の上に所望の厚さの金属層１
２が形成されている。上記実施例１と異なるのは、金属
層１２と基板１１の間には無機被膜からなる応力緩和層
１４が形成されている点である。

【００３３】このようなハードマスクは次のような方法
で得ることができる。まず、所定の大きさ、例えば３０
インチ×４３インチで板厚５．０mmの寸法で泡等の欠陥
のない青板ガラスからなる基板１１を工水及び純水、必
要に応じて薬液を用いてよく洗浄する。

【００３４】その後、基板１１の一方の面にスパッタリ
ング法により厚さ１０００オングストロームのＩＴＯ無
機被膜１４を形成する（図４（ａ）参照）。その後、Ｉ
ＴＯ上のＯＨ基を除去するための処理を行った後、Ｐｄ
の触媒核を形成する活性化処理を行い、さらにＮｉ−Ｐ
無電解メッキ液と次亜燐酸の還元剤を含む無電解メッキ
液に所定時間ディッピングし、ＩＴＯ被膜１４の上に膜
厚０．９５μｍのＮｉ−Ｐ層１２を形成する（図４
（ｂ）参照）。

【００３５】その後、ロールコーター法、バーコーター
法、スプレー法、ディッピング法等を用いて乾燥後の膜
厚が０．７mm〜１．０μｍのレジスト層１３を塗布形成
し、プリベークする（図４（ｃ）参照）。なお、本実施
形態ではロールコーター法を用い、ヘキスト社製のポジ
型レジスト１３５０Ｊを用いている。

【００３６】この後、マイクロニック社製レーザープロ
ッターＬＲＳ−１１００にＨｅ−Ｃｄレーザーを搭載し
たものを用いて、レーザー照射された部分１３ｂとレー
ザー照射されなかった部分１３ａとからなる所定のパタ
ーン１３を形成する（図４（ｄ）参照）。

【００３７】この後、シプレー社製AZ-Developerを１対
１に純水で希釈したものを用い、２０℃で５分現像し、
レーザー光の照射部を除去する（図２（ｅ）参照）。こ
の後、硝酸１２％、燐酸５５〜６５％、残部純水に少量
の界面活性剤を添加したエッチング液を用いて、２３
℃、３分スプレーエッチングし、所定の金属層パターン
を得る（図４（ｆ）参照）。

【００３８】この後、シプレー社製の剥離液（AZ-Remov
er）を用いて２３℃、３分ディッピングし、レジスト層
を剥離し、水洗、乾燥して所定のハードマスクパターン
を得た（図４（ｇ）参照）。

【００３９】このようにして得られた本実施例のハード
マスクの特性について、実施例１と同様なシャドウマス
クの製造工程に適用した結果は表２に示すようになる。
なお、比較例として、従来のＣｒハードマスク、エマル
ジョンプレートを用いた。

【００４０】

【表２】

【００４１】表２から明らかなように、本実施例２のハ
ードマスクは、エマルジョンプレートと比べると寿命が
格段に向上しており、また寿命が同程度のＣｒハードマ
スクに比較しても吸着時間が短いという優れた特性を示
す点では実施例１と同様であるが、パターニングされて
いる部分を実施例１よりも厚くすることができるので、
真空密着の際の空気の抜け道が大きくなることとなり、
吸着までの時間が実施例１よりも短くなる。また、その
製造過程で金属層の応力によるガラス基板の反りが発生
しないので、フォトマスクとしての品位は良好である。

【００４２】さらに、この実施例２のハードマスクを用
いてシャドウマスクを製造することにより、真空吸着に
要する時間を実施例１よりも短縮することができ、フォ
トマスクであるハードマスクの寿命も向上するので実施
例１のハードマスクを使用した場合よりも生産性を高め
ることができる。

【００４３】なお、上記実施例２では、金属層のみをパ
ターニングして応力緩和層をパタニングしていないが、
応力緩和層をパターニングするようにしてもよい。ま
た、実施例２では、ガラス基板の片面にのみＩＴＯ及び
金属層を形成したが、反りが発生する場合は両面にＩＴ
Ｏ及び金属層を形成し、一方の側をパターニングするの
と同時に他方の側を剥離するようにしてもよい。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によるシャ
ドウマスク製造用ハードマスクは、膜強度が高いので異
物による膜破壊がなく寿命が長い。また、金属層の厚さ
が０．３μｍ以上としているので真空吸着に要する時間
を短縮することができ、生産性を高めることができる。

【００４５】さらに、本発明によるシャドウマスク製造
用ハードマスクの製造方法によると、最初両面に金属層
を形成しているため、金属層の応力による返りを防止す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるハードマスクの一実施形態の構造
を示す図である。

【図２】図１のハードマスクの製造工程を示す図であ
る。

【図３】本発明によるハードマスクの他の実施形態の構
造を示す図である。

【図４】図３に示すハードマスクの製造工程を示す図で
ある。

【符号の説明】

１１…透明基板 １２…金属層 １３…レジスト層 １４…応力緩和層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 塩沢 仁志 埼玉県深谷市幡羅町一丁目９番地２号 株 式会社東芝深谷電子工場内 (72)発明者 山崎 光明 埼玉県深谷市幡羅町一丁目９番地２号 株 式会社東芝深谷電子工場内 (72)発明者 高島 真穂 神奈川県横浜市磯子区新磯子町33番地 株 式会社東芝生産技術研究所内

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 紫外光に対して透明な基板と、この基板
   上に所定パターンで形成された金属層と、からなること
   を特徴とするシャドウマスク製造用ハードマスク。
2. 【請求項２】 前記基板と金属層との間に応力緩和層が
   設けられていることを特徴とする請求項１に記載のシャ
   ドウマスク製造用ハードマスク。
3. 【請求項３】 前記金属層がＮｉと、Ｐ，Ｃｏ，Ｆｅ，
   Ｃｒ，Ｍｎ，Ｚｎ，Ｗ，Ｍｏ，Ｃｕ，セリサイトから選
   択された少なくとも一つとからなることを特徴とする請
   求項１または２に記載のシャドウマスク製造用ハードマ
   スク。
4. 【請求項４】 前記応力緩和層がＩＴＯ、ＳｎＯ₂ 、Ｚ
   ｎＯ、ＡＴＯ、ＰドープＳｉＯ₂ の中から選択された少
   なくとも１つであることを特徴とする請求項１ないし３
   のいずれかに記載のシャドウマスク製造用ハードマス
   ク。
5. 【請求項５】 紫外光に対して透明な基板の両面に無電
   解メッキにより金属層を形成する工程と、 前記基板の少なくとも一方の面に形成されている金属層
   の上にレジストパターンを形成する工程と、 前記レジストパターンを利用して前記金属層をパターニ
   ングする工程と、 を有することを特徴とするシャドウマスク製造用ハード
   マスクの製造方法。
6. 【請求項６】 紫外光に対して透明な基板の少なくとも
   一方の面にＩＴＯ、ＳｎＯ₂ 、ＺｎＯ、ＡＴＯ、Ｐドー
   プＳｉＯ₂ の中から選択された少なくとも１つからなる
   応力緩和層を形成する工程と、 前記基板の少なくとも一方の面に無電解メッキによる金
   属層を形成する工程と、 前記基板の少なくとも一方の面に形成されている金属層
   の上にレジストパターンを形成する工程と、 前記レジストパターンを利用して前記金属層をパターン
   ニングする工程と、 を有することを特徴とするシャドウマスク製造用ハード
   マスクの製造方法。
7. 【請求項７】 紫外光に対して透明な基板の少なくとも
   一方の面にＩＴＯ、ＳｎＯ₂ 、ＺｎＯの中から選択され
   た少なくとも１つからなる応力緩和層を形成する工程
   と、 前記基板の少なくとも一方の面に無電解メッキにより金
   属層を形成する工程と、 前記基板の少なくとも一方の面に形成されている金属層
   の上にレジストパターンを形成する工程と、 前記レジストパターンを利用して前記金属層及び前記無
   機被膜をパターンニングする工程と、を有することを特
   徴とするシャドウマスク製造用ハードマスクの製造方
   法。
8. 【請求項８】 金属薄板の両面にフォトレジスト膜を形
   成する工程と、このフォトレジスト膜にフォトマスクを
   介して所定パターンを焼き付けることによりレジストパ
   ターンを形成するレジストパターン形成工程と、エッチ
   ングすることにより所定の開孔を形成するエッチング工
   程と、を具備するシャドウマスクの製造方法において、 前記レジストパターン形成工程に用いるフォトマスクと
   して請求項１ないし４のいずれかに記載のハードマスク
   を用いることを特徴とするシャドウマスクの製造方法。