KR100680669B1 - 섀도우마스크 및 섀도우마스크용 기재 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고정밀도·고세밀도 섀도우마스크에 관한 것으로, 소공(小孔)측 표면의 중심선평균조도(Ra)가 0.25㎛ 이하이고 대공(大孔)측 표면의 중심선평균조도(Ra)가 소공측 표면의 중심선평균조도(Ra)보다 0.25㎛ 이상 크며, 또한 대공측의 중심선표면조도(Ra)가 1㎛ 이하인 전장형(展張型)마스크를 포함하는 섀도우마스크 및 섀도우마스크용 기재(基材)이다.

Description

섀도우마스크 및 섀도우마스크용 기재{Shadow Mask and Base Material therefor}
도 1은 기재의 표면조도와 형성되는 패턴과의 관계를 설명하는 도,
도 2는 패턴의 정확성과 투과율의 관계를 설명하는 도,
도 3은 섀도우마스크의 개공부(開孔部)의 일실시예를 나타내는 단면도.
본 발명은 전장형(展張型)마스크를 포함하는 섀도우마스크에 관한 것으로, 특히 압연, 화학연마, 물리연마, 전해연마 등의 표면처리를 하여 매우 편평하고 매끄러운 표면상태를 형성한 후에 소정의 에칭에 의해 고정밀도·고세밀도의 패턴을 형성한 패턴을 갖는 섀도우마스크에 관한 것이다.
컬러브라운관에 사용되고 있는 전장형마스크를 포함하는 섀도우마스크는, 금속재료 표면에 감광성수지를 도포하고 소정의 패턴을 진공밀착, 노광하여 포토레지스트 패턴을 형성한 후 에칭함으로써 원하는 개공(開孔), 구멍(穴) 등을 형성하는 것이 행해지고 있다.
섀도우마스크용 금속재료로서는 철, 철-니켈계 합금, 철-니켈-코발트계 합금 등이 일반적으로 사용되고 있으며, 연속주조법 또는 조괴법(造塊法,casting pit 또는 pouring pit)에 의해 제조하고 이어서 분괴(分塊)압연, 열간압연 및 냉간압연을 하여 강판, 합금박판을 제조하고 있다.
에칭가공방법에서는 노광공정에 있어서 노광패턴을 진공밀착시킬 때 표면이 편평하고 매끄러운 경우에는 밀착하기 위해 중앙부로부터 기체를 용이하게 제거할 수 없어서 진공상태를 만들기가 어려웠다.
이 때문에 종래의 섀도우마스크용 금속판의 표면 조도(粗度)는 중심선평균조도가 Ra = 0.20∼0.70㎛, 최대조도가 Rmax = 2.0∼4.0㎛ 정도의 것이 사용되고 있었다.
한편, 섀도우마스크도 고정밀도·고세밀도 표시용 컴퓨터 표시장치에 사용되는 것에 있어서는 전자빔의 투과용 개공의 간격이 작고 또 개공부의 정밀도가 높은 것이 요구되고 있다. 이에 따라 금속에 행하는 에칭 등의 가공처리도 매우 미세한 가공이 필요해지고 있다.
또 패턴형성시, 에칭량이 클수록 패턴에 형성되는 요철 등의 영향은 경감되나, 에칭량이 적을수록 패턴의 변형이 에칭에 미치는 영향은 커진다.
따라서 고정밀도·고세밀도용의 표시장치용 섀도우마스크는 작은 간격에서 미세한 가공이 행해지고 에칭양은 적기 때문에 레지스트패턴의 변형에 의해 형성되는 기재(基材)의 패턴이 보다 현저하게 나타나게 되므로, 고정밀도·고세밀도패턴을 형성할 수 있는 섀도우마스크용 기재 및 에칭가공방법이 요구되고 있다.
본 발명은 에칭에 의해 고정밀도·고세밀도 섀도우마스크를 형성할 경우에 높은 정밀도와 세밀도를 가진 에칭이 가능한 기재를 제공하는 것을 과제로 하는 것이며, 또한 높은 정밀도와 세밀도를 가진 섀도우마스크를 제공하는 것을 과제로 하는 것이다.
본 발명은 섀도우마스크에 있어서, 소공(小孔)측 표면의 중심선평균조도(Ra)가 컷오프값 0.8mm로 0.25㎛ 이하이고, 대공(大孔)측 표면의 중심선평균조도(Ra)가 소공측 표면의 중심선평균조도(Ra)보다 0.25㎛ 이상 크며, 또한 대공측 표면의 중심선평균조도(Ra)가 1㎛ 이하인 섀도우마스크이다.
그리고, 섀도우마스크용 기재(基材)에 있어서, 소공측 표면의 중심선평균조도(Ra)가 0.25㎛ 이하이고, 대공측 표면의 중심선평균조도(Ra)가 소공측 표면의 중심선평균조도(Ra)보다 0.25㎛ 이상 크며, 대공측 표면의 중심선평균조도(Ra)가 1㎛ 이하인 섀도우마스크용 기재이다.
또, 소공측의 중심선평균조도(Ra)가 0.01㎛∼0.25㎛이며, 대공측의 중심선평균조도(Ra)가 0.26㎛∼1.0㎛인 섀도우마스크이다.
또한, 금속기재를 압연, 화학적연마, 물리적연마, 전해연마 중의 적어도 어느 하나의 방법으로 표면조도를 조정한 상기의 섀도우마스크용 기재이다.
본 발명은 전장형마스크를 포함하는 섀도우마스크를 에칭에 의해 형성하는 기재의 표면조도를 종래의 기재에 비하여 작게 함과 동시에, 소공측의 표면조도를 특정함과 더불어 대공경측(大孔徑側,큰구멍 지름쪽) 표면조도와의 차를 특정하는 것에 의해 특히 뛰어난 특성을 갖는 섀도우마스크, 전장형마스크를 얻을 수 있는 것을 발견한 것이다.
일반적으로 미세한 가공을 하기 위해서는 정밀도가 뛰어난 레지스트의 패턴을 형성하는 것이 필요한데, 이를 저해하는 요인이 기재가 갖는 표면조도에 있다고 착안한 것은 본 출원인이 일본국 특허출원 평9-3132070호로서 제안하고 있는 것 밖에 없다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 설명한다.
도 1은 기재의 표면조도와 형성되는 패턴과의 관계를 설명하는 도면이며, (A1),(B1) 및 (C1)은 표면조도가 큰 기재를 사용하여 레지스트의 패턴을 형성한 후에 에칭에 의해 얻어지는 패턴을 나타내고 있으며, (A2),(B2) 및 (C2)는 각각 표면조도가 작은 기재를 사용하여 마찬가지로 패턴을 형성한 경우를 설명하는 도면이다.
(A1)에 단면도를 나타낸 바와 같이, 표면조도가 큰 기재(1) 위에 감광성수지(2)를 도포하고 화상패턴(3)을 밀착하여 자외선(4)으로 노광했을 경우, 표면조도가 큰 부분이 있게 되면 요철(5)에는 국소적인 빛의 굴절효과에 의해 감광성수지 패턴형상에 변형부(6)가 생겨서 패턴의 해상성이 저하하게 된다. 한편, (A2)에 나타낸 바와 같이 표면조도가 작은 기재인 경우에는 형상의 변형이 없는 패턴을 얻을 수 있다.
직선상(狀)의 패턴을 형성한 경우의 평면도를 (B1) 및 (B2)에 나타낸 바와 같이, 표면조도가 큰 경우에는 (B1)에 나타낸 바와 같이 레지스트패턴(7)은 변형되 어 정확한 직선형상이 되지 않고, 표면조도가 작은 경우에는 (B2)에 나타낸 바와 같이 직선상의 패턴을 얻을 수 있다.
(C1) 및 (C2)는 이러한 패턴을 기초로 에칭한 경우의 형상을 나타내고 있는데, 부정확한 레지스트패턴일 경우에 에칭으로 형성한 개공부(8)는 (C1)에서 보여지는 바와 같이 개공부에는 요철이 형성되므로, 섀도우마스크에 적용한 경우에는 전자빔이 요철에 의해 차단되어 정확한 조사가 어려워진다는 문제가 있었다. 이에 대하여 정확한 레지스트패턴일 경우에는 (C2)에 보여지는 바와 같이 정확한 개구부 패턴을 형성할 수 있다.
도 2는 패턴의 정확성과 투과율과의 관계를 설명하는 도면이다.
형상이 간단한 애퍼쳐그릴(aperture grill)을 예를 들어서 설명한다. 피치 150㎛, 개구 30㎛인 애퍼쳐그릴의 경우 투과율은 20%이고, 도 2(A)에 나타낸 바와 같이 테이프부의 양단부에 3㎛씩의 변형이 있게 되면 부분적으로 20%의 투과율이 저하하게 되어, 이것을 사용한 브라운관에서는 현저한 화질저하가 생긴다. 한편, 도 2(B)에 나타낸 바와 같이 변형량이 1.0㎛정도이면 그 투과율의 부분적인 저하는 10%정도로 억제되어 화질저하는 매우 저감된다.
마찬가지로 직선성의 차이에 있어서도 피치 300㎛, 개공 60㎛인 애퍼쳐그릴에서는 투과율의 부분적 차이는 각각 10%, 5%가 되어 화질의 차는 경감된다.
이와 같이 보다 고정밀·고세밀한 섀도우마스크를 가공하는 경우에 에칭개공부 가장자리의 직선성은 CRT의 화질에 있어서 매우 중요한 것이며, 정밀도·세밀도를 높이기 위해 피치를 보다 미세하게 하고 개공치수를 작게 할수록 가장자리부 요 철의 미세한 치수의 차가 화질에 의해 크게 반영되게 된다.
또한 도 3에 개공부 단면의 일실시예를 나타낸 바와 같이, 섀도우마스크에 있어서는 양면에서의 에칭가공에 의해 형성되는 개공부(10)의 개공지름(11)은 소공(12)측 개공지름에 의해 규정되게 되고, 소공(12)측의 개공상태는 표시품질에 영향을 미치게 된다. 그 때문에 고정밀도·고세밀도의 화상표시를 하기 위해서는 소공(12)측의 형상은 매우 중요하게 된다. 따라서 에칭시에 소공측의 형상에 영향을 미치는 표면조도를 규정범위 내에서 유지하는 것이 중요하게 된다.
한편, 대공측 표면도 소공측과 마찬가지로 표면조도를 규정범위 내의 조도이면서 표면조도를 작은 것으로 하면, 대공측의 구멍형상도 매우 정밀도가 높은 것을 얻을 수 있다.
그런데 섀도우마스크는 CRT에 장착하기 전의 프레스공정에서 CRT표시면의 형상에 맞추어 프레스가공이 행해지게 되는데, 일반적으로는 프레스가공 전에 600 ∼ 900℃로 가열하여 소둔(annealing)처리를 하여 연화시켜서 프레스가공을 용이하게 하고 깨짐이 발생되지 않도록 하고 있다.
소둔처리공정에 있어서는 섀도우마스크 10 내지 50매를 겹쳐쌓은 상태에서 가열하고 있으므로, 표면조도가 작은 경우에는 인접하는 섀도우마스크의 접촉면적이 커져서 가열에 의해 확산접합이 발생되어, 인접하는 섀도우마스크가 접합되어 떼어지지 않게 되는 문제가 생기는 경우가 있었다.
그래서 본 발명의 섀도우마스크는, 대공측 표면조도는 소공측 표면조도보다 크게 함으로써 연화소둔시의 섀도우마스크가 서로 밀착되는 것을 방지한 것이다.
구체적으로는, 소공측 표면조도는 촉침식(觸針式) 형상측정장치(예를 들면 랭크 테일러·홉슨 제조 Tarysurf6)에 의해 측정한 ISO 468-1982, ISO 3274-1975, ISO 4287/1-1984, ISO 4287/2-1984 및 ISO 4288-1985로 규정되는 중심선평균조도(Ra)를 컷오프값 0.8mm에서 0.25㎛ 이하로 함과 동시에, 대공측 표면조도(Ra)를 소공측 표면조도(Ra)보다 0.25㎛ 이상 크게 한 것이다.
또, 대공측 표면조도는 대공의 구멍형상에 영향을 미쳐서 대공측의 표면조도가 커지면 대공형상이 악화되므로, 대공측 표면조도는 1㎛ 이하인 것이 필요하다. 또, 소공측 표면조도를 0.01㎛∼0.25㎛로 함과 동시에 대공측 표면조도는 0.26㎛∼1.0㎛로 하는 것이 바람직하고, 특히 대공측 표면조도는 0.55∼0.75㎛로 하는 것이 보다 바람직하다.
본 발명의 기재는 강괴의 압연에 의해 제조한 강판의 표면을 표면조도가 조정된 롤을 사용한 압연에 의해 강판 각각의 표면조도를 소정의 크기로 하는 방법, 압연후의 강판표면을 연마재를 사용한 물리적연마, 화학연마, 전해연마 등에 의해 연마하는 방법으로 제조할 수 있고, 구체적으로는 물리적연마의 경우, 버프(buff)연마나 롤 연마재 또는 필름연마재를 사용한 연마 등의 방법에 의해 제조할 수 있으며, 그 중에서도 롤 연마재 또는 필름연마재를 사용한 연마의 경우, 가루입자를 다음 공정으로 운반하지 않기 때문에 보다 바람직하다.
또 에칭액을 사용하여 표면조도를 조정하는 경우에는 에칭에 의해 패턴을 형성할 때 사용하는 에칭액보다도 고농도의 에칭액을 사용할 수 있으며, 구체적으로는 50°Bh(Baume degree for heavy liquid) 이상의 고농도 염화제2철용액을 사용할 수 있다.
본 발명의 기재로는 철-니켈계 합금, 철-니켈-코발트계 합금, 저탄소강 등을 사용할 수 있다.
종래의 에칭가공방법으로는 노광공정에 있어서 노광패턴을 진공밀착시킬 때 표면이 편평하고 매끄러운 경우에는 밀착하기 위해 중앙부로부터 기체를 용이하게 제거할 수 없어서 진공상태를 만들기가 어려웠기 때문에, 금속판의 표면조도는 중심선평균조도가 Ra = 0.20∼0.70㎛, 최대조도 Rmax = 2.0∼4.0㎛정도의 것이 사용되고 있었으나, 진공밀착에서의 밀착불량은 예를 들어 본 출원인이 일본국 특허공개공보 평3-265835호, 일본국 특허공개공보 평3-265836호 또는 일본국 특허공개공보 평3-265837호에서 제안하고 있는 장치를 사용함으로써 해결할 수 있다.
즉, 노광패턴의 양면에 압력이 조정가능한 두 개의 진공실을 독립적으로 설치하여 감압하는 것에 의해 노광패턴의 양면에서 감압할 수 있으므로, 노광패턴에 형성되는 압력차에 의해 그 중심부터 기재에 밀착되어, 노광패턴 중앙부에 기체가 잔류하여 공간이 형성되는 것을 방지할 수 있다.
이하에서는 실시예를 통하여 본 발명을 설명한다.
실시예 및 비교예
냉간압연에 의해 제조한 표면과 이면의 조도가 다른 두께 0.12mm의 기재표면을 탈지 및 수세한 후에 중크롬산암모늄을 1중량% 함유하는 카제인으로 된 포토레지스트를 건조후의 두께가 5㎛가 되도록 도포건조했다.
이어서, 도트구멍지름이 120㎛이고 0.28mm의 정삼각형 형상으로 배열된 섀도 우마스크를 2단에칭에 의해 제작했다.
얻어진 구멍형상을, 80개의 개공지름을 측정하고 개공지름의 편차(σ)를 구하여 그 측정결과를 표 1에 나타낸다. 개공지름은 자동초점심도계(유니온광학 제조 LFM-2500)에 의해 측정한 각각의 구멍에 대하여 (최대지름-최소지름)/2로 구했다.
표면조도는 촉침식 형상측정장치(랭크 테일러·홉슨 제조 Tarysurf6)에 의해, ISO 468-1982, ISO 3274-1975, ISO 4287/1-1984, ISO 4287/2-1984 및 ISO 4288-1985로 규정되는 중심선평균조도(Ra)를 컷오프값 0.8mm에서 측정했다.
표면조도가 같은 섀도우마스크를 20매 겹쳐서 수소:질소 = 1:9(용량비), 노점(露点) 10℃의 분위기에서 800℃로 15분간 가열하여 소둔처리하고 열처리후의 상호접합유무를 확인했다.
대공측 Ra (㎛) 소공측 Ra (㎛) 양면의 Ra차 (㎛) 개공지름(σ) (㎛) 접합유무
실시예 1 0.62 0.15 0.47 0.35 없음
실시예 2 0.75 0.20 0.55 0.39 없음
비교예 1 0.56 0.52 0.04 0.58 없음
비교예 2 0.18 0.15 0.03 0.37 발생
비교예 3 0.15 0.49 0.34 0.54 없음
비교예 4 0.32 0.15 0.17 0.39 발생
비교예 5 0.18 0.40 0.22 0.51 발생
비료예 6 1.12 0.20 0.92 0.55 없음

이상 살펴본 바와 같이, 소공측 표면의 중심선평균조도(Ra)가 0.01㎛ 내지 0.25㎛이고, 대공측 표면의 중심선평균조도(Ra)가 0.26㎛ 내지 0.72㎛이고, 소공측 표면의 중심선평균조도(Ra)와 대공측 표면의 중심선평균조도(Ra)의 차가 0.25㎛ 내지 0.47㎛이 되도록 섀도우마스크를 구성함으로써, 섀도우마스크의 구멍 직경의 편차가 작게 되고, 소둔 시에 섀도우 마스크 사이에 접합이 발생하는 것이 방지되는 효과가 있다.
이상과 같이, 본 발명에 있어서는 에칭기재의 표면조도를 표면과 이면에서 다른 값으로 함과 더불어 양자의 값을 소정범위 내로 설정함으로써 소공측, 대공측 각각의 구멍형상을 양호하게 함과 동시에 CRT제조공정의 소둔공정에서 섀도우마스 크의 열확산에 의한 접합을 방지할 수 있어, 고품질의 고정밀도·고세밀도 표시용 섀도우마스크 등을 얻을 수 있다.

Claims (6)

  1. 섀도우마스크에 있어서, 소공측 표면의 중심선평균조도(Ra)가 컷오프값 0.8mm에서 0.01㎛ 내지 0.25㎛이고, 대공측 표면의 중심선평균조도(Ra)가 0.26㎛ 내지 0.72㎛이고, 소공측 표면의 중심선평균조도(Ra)와 대공측 표면의 중심선평균조도(Ra)의 차가 0.25㎛ 내지 0.47㎛인 것을 특징으로 하는 섀도우마스크.
  2. 섀도우마스크용 기재에 있어서, 소공측 표면의 중심선평균조도(Ra)가 컷오프값 0.8mm에서 0.01㎛ 내지 0.25㎛이고, 대공측 표면의 중심선평균조도(Ra)가 0.26㎛ 내지 0.72㎛이고, 소공측 표면의 중심선평균조도(Ra)와 대공측 표면의 중심선평균조도(Ra)의 차가 0.25㎛ 내지 0.47㎛인 것을 특징으로 하는 섀도우마스크용 기재.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 금속기재를 압연, 화학적연마, 물리적연마, 전해연마 중의 적어도 어느 하나의 방법으로 표면조도를 조정한 것을 특징으로 하는 섀도우마스크.
  6. 제2항에 있어서, 금속기재를 압연, 화학적연마, 물리적연마, 전해연마 중의 적어도 어느 하나의 방법으로 표면조도를 조정한 것을 특징으로 하는 섀도우마스크용 기재.
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