JP2011146281A - ストライプ状の開口部を備えた金属部材とそれを用いた金属マスク - Google Patents

Abstract

【課題】金属薄板に多数のストライプ状の開口部を多段エッチングにて形成する際に、ストライプ状の端部近傍の開口部の幅が広がることなく、良好な寸法精度のエッチング製品を提供する。
【解決手段】金属薄板１の第一面に多数のストライプ状に形成された小孔パターン３ａを有し、前記第一面の他面には、前記第一面の小孔パターンと対向して位置合わせ形成されたストライプ状の第一大孔パターン３ｂを有し、前記ストライプ状の大孔パターン端部の外側には延長して形成された非貫通の大孔パターンを備えており、前記小孔パターンと第一大孔パターンは貫通したストライプ状の開口部Ｋを形成している。
【選択図】図４

Description

本発明は、金属薄板に多数のストライプ状の開口部が形成された金属部材に関するものであり、特に、ストライプ状の開口部を多段エッチングにて形成する際に、端部近傍の開口部を良好な寸法精度で形成することのできる金属部材に関する。

シャドウマスク、アパーチャーグリルなどを製造する際の、金属薄板への微細加工にはフォトエッチング法が広く利用されている。
このフォトエッチング法の一般的な製造工程は、金属薄板にフォトレジスト膜を被覆し、続いて露光用原版を重ねて紫外線の照射を行う。この際のフォトレジストとしては紫外線照射により不溶性となるタイプのネガ型フォトレジストを用いることが多い。

次に、これを現像液で処理し、紫外線が照射されなかった部分のフォトレジストを溶解させ金属部分を露出させる。この状態の金属薄板をエッチング液で処理し、露出した金属部分を溶解させて貫通した開口部を形成し、その後に残ったフォトレジスト膜を剥離し、金属薄板に多数の開口部が設けられたエッチング製品を得るといった工程である。
このエッチング製品では鋼（炭素鋼、ステンレス鋼など）、あるいは鉄−ニッケル合金が被加工材として多用されている。また、エッチング液としては塩化第二鉄液が用いられている。

図１は、金属薄板に多数のストライプ状の開口部が設けられたエッチング製品の一例の部分平面図である。図１に示すように、このエッチング製品は、金属薄板（１）にストライプ状の開口部（Ｋ）が、図１中、Ｙ軸方向に、その長手方向を平行にして等ピッチ（Ｐ）で多数設けられたものである。

ストライプ状の開口部（Ｋ）が高精細な場合には、エッチングを二段階に分けて行う二段エッチングの製造方法が一般的に用いられている。この二段エッチングの方法は、１次エッチング工程と２次エッチング工程とで構成されている。１次エッチング工程では、通常、まず初めに小孔側面から、貫通した開口部までは形成しないハーフエッチングを行う。

次に、このハーフエッチングした小孔側面に、耐腐蝕性を有する樹脂を塗布して硬化させ、耐腐蝕性の保護膜を充分に密着させる。この耐腐食性の樹脂には、アクリル樹脂、エポキシ樹脂などの光硬化型樹脂や熱硬化型樹脂といった樹脂を用いる。
次いで、２次エッチング工程で大孔側面のエッチングを行い、小孔側面のハーフエッチングされた部分と貫通した開口部を形成する。

図２（ａ）〜（ｆ）は、図１に示すエッチング製品を二段エッチングで製造する方法の一例を工程順に、図１のＡ−Ａ’線の断面で示す説明図である。図２（ａ）〜（ｃ）が１次エッチング工程、（ｄ）〜（ｆ）が２次エッチング工程である。
図２（ａ）に示すように、まず、金属薄板（１）の両面に、例えば、ポリビニールアルコール又はカゼイン等を主成分とするフォトレジストを塗布、乾燥してフォトレジスト膜（２）を形成する。
次に、所定の遮光パターンを有する露光用マスクを金属薄板（１）の片面のフォトレジスト膜（２）に位置合わせ、密着してパターン露光を行う。

次に、図２（ｂ）に示すように、所定の薬液で現像、硬膜処理をして、金属薄板（１）
の片面に小孔パターン（３ａ）を有する小孔側レジスト膜（２ａ）を形成する。図３（ａ）は、この小孔パターン（３ａ）と小孔側レジスト膜（２ａ）の平面図である。図３（ａ）のＦ−Ｆ’線での断面が図２（ｂ）の片面に相当する。

次に、小孔側レジスト膜（２ａ）が形成された金属薄板（１）に塩化第二鉄からなるエッチング液を用いて１次エッチング（金属薄板の厚さの１／３〜１／２程度のエッチング）を行い、図２（ｃ）に示すように、金属薄板（１）の片面に小孔（５ａ）を形成する。

続いて、エッチング耐蝕樹脂層（６）の形成を行うが、図２（ｄ）に示すように、この形成は金属薄板（１）の小孔側全面、すなわち、小孔（５ａ）内及び小孔側レジスト膜（２ａ）上にエッチング耐蝕樹脂として、例えば、熱硬化型樹脂を塗布し硬化させてエッチング耐蝕樹脂層（６）を形成する。
この小孔（５ａ）内のエッチング耐蝕樹脂によって、小孔（５ａ）が２次エッチングによる影響を受けることがなくなり、小孔（５ａ）の形状は保持される。

次に、図２（ｄ）に示すように、金属薄板（１）の他面に、大孔パターン（３ｂ）を有する大孔側レジスト膜（２ｂ）を、前記小孔側レジスト膜（２ａ）に対向させた位置合わせをして形成する。図３（ｂ）は、この大孔パターン（３ｂ）と大孔側レジスト膜（２ｂ）の平面図である。図３（ｂ）のＧ−Ｇ’線での断面が図２（ｄ）の下面に相当する。

次に、大孔側レジスト膜（２ｂ）が形成された金属薄板（１）にエッチング液を用いて片面の小孔（５ａ）と貫通するまで２次エッチングを行い、所望する大孔（５ｂ）を形成し、前記小孔（５ａ）と大孔（５ｂ）とが貫通した最終的な開口部（Ｋ）を形成する。
次に、エッチング耐蝕樹脂層（６）、及び小孔側レジスト膜（２ａ）と大孔側レジスト膜（２ｂ）をアルカリ水溶液を用いて剥離して、図２（ｆ）に示すように、金属薄板（１）に小孔（５ａ）と大孔（５ｂ）が貫通した開口部（Ｋ）が形成されたエッチング製品とす。

このような二段エッチングによれば、図２（ｆ）に示すように、ストライプ状の中央部の開口部（Ｋ）の幅（Ｗ１）は、所望する幅のものが形成される。しかし、２次エッチング工程では、図３（ｂ）中、符号（Ｈ）で示す、ストライプ状の大孔パターン（３ｂ）の端部（Ｈ）近傍にはエッチング液の流れ込みが大きくエッチング量が多くなり、エッチング後には図１に示すように、ストライプ状の端部近傍の開口部（Ｋ２）は広がったものとなる。

例えば、有機ＥＬ素子の有機層を真空蒸着により成膜する際に用いる金属マスクにおいては、ストライプ状の中央部の開口部（Ｋ）の幅（Ｗ１）が３０〜５０μｍ程度の際に、その許容される寸法精度は、±３μｍ程度であるので、端部近傍の開口部（Ｋ２）の幅の広がりが、図１に示すように、片側で幅（Ｗ２）１０μｍ程度となってしまうといった寸法精度の悪化は問題となる。

特開２００１−２３７０７１号公報 特開２００１−２３７０７２号公報 特開２００４−３３５３８９号公報

本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、金属薄板に多数のストライプ状の開口部を多段エッチングにて形成する際に、ストライプ状の端部近傍の開口部の幅が広がることなく、良好な寸法精度で形成することのできるエッチング製品の製造方法を提供することを課題とするものであり、特に、ストライプ状の端部近傍の開口部の幅が広がることなく、良好な寸法精度のエッチング製品を提供することを課題とする。

本発明は、金属薄板の第一面に多数のストライプ状に形成された小孔パターンを有し、前記第一面の他面には、前記第一面の小孔パターンと対向して位置合わせ形成されたストライプ状の第一大孔パターンを有し、前記ストライプ状の第一大孔パターン端部の外側には延長して形成された非貫通の第二大孔パターンを備えており、前記小孔パターンと第一大孔パターンは貫通したストライプ状の開口部を形成していることを特徴とする金属部材である。

また、本発明は、上記発明による金属部材において、前記小孔パターンと第一大孔パターンとで形成されるストライプ状の開口部の幅が３０μｍから５０μｍであって、前記第二大孔パターン部の長さが２００μｍ以上であることを特徴とする金属部材である。

また、本発明は、上記発明による金属部材において、前記ストライプ状の開口部端部近傍の幅が、前記ストライプ状の開口部の中央部分における幅を超えてないことを特徴とする金属部材である。

また、本発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の金属部材を用いたことを特徴とする金属マスクである。

本発明は、金属薄板の第一面に多数のストライプ状に形成された小孔パターンを有し、前記第一面の他面には、前記第一面の小孔パターンと対向して位置合わせ形成されたストライプ状の第一大孔パターンを有し、前記ストライプ状の第一大孔パターン端部の外側には延長して形成された非貫通の第二大孔パターンを備えており、前記小孔パターンと第一大孔パターンは貫通したストライプ状の開口部を形成しているので、ストライプ状の端部近傍の開口部の幅が広がることなく、良好な寸法精度の金属部材となる。

また、本発明は、前記小孔パターンと第一大孔パターンとで形成されるストライプ状の開口部の幅が３０μｍから５０μｍであって、前記第二大孔パターン部の長さが２００μｍ以上であるので、例えば、有機ＥＬ素子の有機層を真空蒸着により成膜する際に用いる金属マスクとして好適なものとなる。

また、本発明は、前記ストライプ状の開口部端部近傍の幅が、前記ストライプ状の開口部の中央部分における幅を超えてない金属部材となる。

金属薄板に多数のストライプ状の開口部が設けられたエッチング製品の一例の部分平面図である。 （ａ）〜（ｆ）は、エッチング製品を二段エッチングで製造する方法の一例をＡ−Ａ線の断面で示す説明図である。 （ａ）は、片面の小孔パターンと小孔側レジスト膜の平面図である。（ｂ）は、他面の大孔パターンと大孔側レジスト膜の平面図である。 （ａ）は、金属薄板の片面に小孔側レジスト膜が形成された状態を示す平面図である。（ｂ）は、金属薄板の他面に第二大孔側レジスト膜が形成された平面図である。 （ａ）は、第二大孔側レジスト膜を形成したＡ−Ａ’線での断面を表したものである。（ｂ）は、第二大孔側レジスト膜を形成したＢ−Ｂ’線での断面を表したものである。（ｃ）は、第二大孔側レジスト膜を形成したＣ−Ｃ’線での断面を表したものである。 （ａ）は貫通させ開口部を形成した段階のＡ−Ａ’線での断面を表したものである。（ｂ）は貫通させ開口部を形成した段階のＢ−Ｂ’線での断面を表したものである。（ｃ）は貫通させ開口部を形成した段階のＣ−Ｃ’線での断面を表したものである。 ２次エッチング後に耐蝕樹脂層と小孔側レジスト膜及び大孔側レジスト膜を剥離した小孔側の状態を表した部分平面図である。 （ａ）は、図７に示す部分平面図のＡ−Ａ’線での断面を表したものである。（ｂ）は、図７に示す部分平面図のＢ−Ｂ’線での断面を表したものである。（ｃ）は、図７に示す部分平面図のＣ−Ｃ’線での断面を表したものである。

以下に、本発明による金属部材を実施の形態に基づいて説明する。
図４（ａ）は、本発明によるエッチング製品の製造方法の一例において、金属薄板（１）の片面に小孔パターン（３ａ）を有する小孔側レジスト膜（２ａ）が形成された状態を示す部分平面図である。図４（ａ）に示すように、この小孔側レジスト膜（２ａ）には、ストライプ状の開口部を形成するための、小孔パターン（３ａ）が図４（ａ）中、Ｙ軸方向に、その長手方向を平行にして等ピッチ（Ｐ）に多数設けられたものである。
前記図３（ａ）と対比して明らかなように、説明上、図３（ａ）に示す小孔パターン（３ａ）を有する小孔側レジスト膜（２ａ）と同一のものとした例である。

また、図４（ｂ）は、金属薄板（１）の他面に大孔側レジスト膜（１２ｂ）が形成された状態を示す部分平面図である。この大孔側レジスト膜（１２ｂ）は、図４（ａ）に示す小孔側レジスト膜（２ａ）に対向させた位置合わせがされている。
図４（ａ）に示すＸａ軸・Ｙａ軸に、図４（ｂ）に示すＸｂ軸・Ｙｂ軸を合致させて、小孔側レジスト膜（２ａ）が金属薄板（１）の片面に形成され、大孔側レジスト膜（１２ｂ）が金属薄板（１）の他面に形成されている。

この大孔側レジスト膜（１２ｂ）は、大孔パターン（３ｂ）と、大孔パターン（３ｂ）をストライプ状の端部（Ｈ）外側へ、つまり、図４（ｂ）中右方へ延長し形成された非貫通の大孔パターン延長部（Ｅ）からなる第二大孔パターン（１３ｂ）を有している。
前記図３（ｂ）に示す大孔パターン（３ｂ）と対比して明らかなように、第二大孔パターン（１３ｂ）は、大孔パターン（３ｂ）に大孔パターン延長部（Ｅ）が付加されたものである。

図５は、金属薄板（１）の片面に１次エッチング（ハーフエッチング）を行い、片面に小孔（５ａ）を形成し、小孔内及び小孔側レジスト膜（２ａ）上にエッチング耐蝕樹脂層（６）を形成し、続いて、他面に大孔側レジスト膜（１２ｂ）を形成した段階を表したものである。
図５は前記図２（ｄ）に対応した段階である。図５（ａ）は図４におけるＡ−Ａ’線での断面を表しており、図５（ｂ）は図４におけるＢ−Ｂ’線での断面を表しており、また、図５（ｃ）は図４におけるＣ−Ｃ’線での断面を表している。

図５（ａ）に示すように、ストライプ状の小孔パターン（３ａ）の中央部では、金属薄板（１）の片面に小孔（５ａ）が、図２（ｄ）と同様に形成されている。また、図５（ｂ）に示すように、ストライプ状の小孔パターン（３ａ）の端部（Ｈ）近傍のＢ−Ｂ’線での断面においても、Ａ−Ａ’線での断面と同様に小孔（５ａ）が形成されている。
一方、図５（ｃ）に示すように、Ｃ−Ｃ’線での断面では小孔パターン（３ａ）が設けられていないので、小孔（５ａ）は形成されていない。

また、金属薄板（１）の他面では、図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、Ａ−Ａ’線での断面及びＢ−Ｂ線での断面においては、大孔側レジスト膜（１２ｂ）は大孔パターン（３ｂ）を有し、また、Ｃ−Ｃ’線での断面においては、大孔パターン延長部（Ｅ）を有している。

図６は、金属薄板（１）の他面に２次エッチングを行い、他面に大孔（５ｂ）を形成し、前記小孔（５ａ）と大孔（５ｂ）とを貫通させ開口部（Ｋ）を形成した段階を表したものである。
図６は前記図２（ｅ）に対応した段階である。図６（ａ）は図４におけるＡ−Ａ’線での断面を表しており、図６（ｂ）は図４におけるＢ−Ｂ’線での断面を表しており、また、図６（ｃ）は図４におけるＣ−Ｃ’線での断面を表している。

図６（ａ）に示すように、ストライプ状の大孔パターン（３ｂ）の中央部では、金属薄板（１）の他面に大孔（５ｂ）が、図２（ｅ）と同様に形成され、開口部が形成されている。また、図６（ｂ）に示すように、ストライプ状の大孔パターン（３ｂ）の端部（Ｈ）近傍のＢ−Ｂ’線での断面においても、Ａ−Ａ’線での断面と同様に大孔（５ｂ）が形成され、開口部が形成されている。
一方、図６（ｃ）に示すように、Ｃ−Ｃ線での断面では大孔パターン（５ｂ’）は形成されているが、前記小孔（５ａ）と大孔（５ｂ）とが貫通した開口部は形成されず非貫通である。

上記のように、本発明では、金属薄板（１）の他面の大孔側レジスト膜（１２ｂ）には、ストライプ状の端部（Ｈ）外側へ大孔パターン（３ｂ）を延長した大孔パターン延長部（Ｅ）が設けられているので、２次エッチングでのエッチング液の流れは、この大孔パターン延長部（Ｅ）に達し、大孔パターン延長部（Ｅ）におけるエッチングが進行し、大孔パターン延長部（Ｅ）に非貫通の大孔（５ｂ’）パターンが形成される。

従って、大孔パターン（３ｂ）と大孔パターン延長部（Ｅ）が接続している端部（Ｈ）近傍では、ストライプ状の大孔パターン（３ｂ）の中央部と同様に大孔（５ｂ）が形成され、開口部の端部（Ｈ）近傍の幅が広がることはない。

図７は、２次エッチング後にエッチング耐蝕樹脂層（６）と、小孔側レジスト膜（２ａ）及び大孔側レジスト膜（１２ｂ）を剥離した小孔側の状態を表した部分平面図である。図７に示すように、ストライプ状の端部（Ｈ）近傍の開口部（Ｋ４）において、この開口部（Ｋ４）の幅が広がることはなく、ストライプ状の中央部の開口部（Ｋ３）と同様な寸法精度のものとなっている。

図８（ａ）は、図７に示す部分平面図のＡ−Ａ’線での断面を表しており、図８（ｂ）は図７におけるＢ−Ｂ’線での断面を表しており、また、図８（ｃ）は図７におけるＣ−
Ｃ’線での断面を表している。
図８に示すように、ストライプ状の中央部の開口部（Ｋ３）の幅（Ｗ１）と、端部（Ｈ）近傍の開口部（Ｋ４）の幅（Ｗ３）は、略同一の寸法となっている。なお、図８（ｄ）は、図７におけるＤ−Ｄでの断面を表している。

また、本発明は、上記発明による金属部材において、前記開口部の幅が３０〜５０μｍの際に、前記大孔パターン延長部の長さ（Ｌ）が２００μｍ以上であることを特徴としている。
例えば、低分子有機ＥＬ素子の製造においては、正孔輸送層、発光層（Ｒ、Ｇ、Ｂ）、電子輸送層などの有機層の成膜、或いは電子注入層などの成膜には真空蒸着が広く用いられている。

この真空蒸着による成膜を行う際の、金属マスクとしては開口部の幅が、その端部近傍で広がることはなく、その中央部から端部まで寸法精度が良好であることが要望されている。例えば、開口部の幅が３０〜５０μｍ程度の際には、±３μｍ程度の寸法精度が要望されているが、本発明者は実際の製造装置において、前記大孔パターン延長部（Ｅ）の長さ（Ｌ）を２００μｍ以上とすることによって、端部近傍において良好な寸法精度が得られる。

１・・・金属薄板
２・・・フォトレジスト膜
３ａ・・・小孔パターン
３ｂ・・・大孔パターン
２ａ・・・小孔側レジスト膜
２ｂ・・・大孔側レジスト膜
５ａ・・・小孔
５ｂ・・・大孔
５ｂ’・・・Ｃ−Ｃ’線での断面では大孔パターン
６・・・エッチング耐蝕樹脂層
１２ｂ・・・大孔側レジスト膜
１３ｂ・・・大孔パターン
Ｅ・・・大孔パターン延長部
Ｈ・・・ストライプ状の大孔パターンの端部
Ｋ・・・開口部
Ｋ２・・・ストライプ状の端部近傍の開口部
Ｋ３・・・本発明におけるストライプ状の中央部の開口部
Ｋ４・・・本発明におけるストライプ状の端部近傍の開口部
Ｌ・・・大孔パターン延長部の長さ
Ｐ・・・ストライプのピッチ
Ｗ１・・・ストライプ状の中央部の開口部の幅
Ｗ２・・・ストライプ状の端部近傍の開口部の幅

Claims (4)

1. 金属薄板の第一面に多数のストライプ状に形成された小孔パターンを有し、前記第一面の他面には、前記第一面の小孔パターンと対向して位置合わせ形成されたストライプ状の第一大孔パターンを有し、前記ストライプ状の第一大孔パターン端部の外側には延長して形成された非貫通の第二大孔パターンを備えており、前記小孔パターンと第一大孔パターンは貫通したストライプ状の開口部を形成していることを特徴とする金属部材。
2. 前記小孔パターンと第一大孔パターンとで形成されるストライプ状の開口部の幅が３０μｍから５０μｍであって、前記第二大孔パターン部の長さが２００μｍ以上であることを特徴とする請求項１記載の金属部材。
3. 前記ストライプ状の開口部端部近傍の幅が、前記ストライプ状の開口部の中央部分における幅を超えてないことを特徴とする請求項１または２記載の金属部材。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載の金属部材を用いたことを特徴とする金属マスク。

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