JP3656684B2

JP3656684B2 - Printing paste for paste containing particles and manufacturing apparatus thereof

Info

Publication number: JP3656684B2
Application number: JP32483196A
Authority: JP
Inventors: 真言木下
Original assignee: リコーマイクロエレクトロニクス株式会社
Priority date: 1996-11-21
Filing date: 1996-11-21
Publication date: 2005-06-08
Anticipated expiration: 2016-11-21
Also published as: JPH10151872A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，孔版印刷技術を用いて被印刷物表面上に粘性ペーストによるパターンを形成する際に用いる粒子入ペースト用印刷マスク及びその製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子基板の実装工程における基板と部品の半田接合の方法として，半田コテによる半田付けから始まり，接合部を溶融半田槽に浸すディップ法，ノズルにより上向きに噴流させた溶解半田に接合面を浸しながら通過させるリフロー法などが実用化されてきている。そして，現在は印刷技術の応用であるリフロー法が主流となってきた。
【０００３】
半田の微粉末をフラックスと練り合わせたものをクリーム半田というが，これを電子基板側の接合部であるパッド上に印刷し，その上に半田付けすべき電子部品のリード部をマウントし，クリーム半田の粘性を利用して基板上に部品を保持しつつ搬送してリフロー炉とよぶ加熱炉を通過させ，その時点でクリーム半田を溶解させて基板のパッドと部品のリードを半田付けする。
【０００４】
このようなリフロー法のプロセスにおいて，極めて重要なものが，クリーム半田の印刷に使用される印刷マスクである。
【０００５】
通常の印刷の方式を大きく分類すると，凸版，平板，凹版などに代表される転写型と，謄写版，孔版，シルクスクリーンなどに代表される謄写型に分けることができるが，印刷量の確保に重点が置かれるクリーム半田の印刷に使用される印刷マスクは謄写型印刷マスクである。
【０００６】
この謄写型印刷において，ステンシルの印刷版を使用する印刷法として，エッチングマスク，アディティブマスク，ＹＡＧレーザマスクなどがあり，さらに，印刷版にプラスチック板を使用するエキシマレーザマスクがある。
【０００７】
これらのマスクは前述の通りいずれも印刷されるペーストの量を確保することに配慮されているが，被印刷側の要件によって印刷面積が制約されていることが多く，この場合，ペースト量の確保のためにマスクの厚みが重要となる。
【０００８】
そこで，指定された厚みの印刷マスク版が用いられることになる。
【０００９】
このように，ペーストの印刷量確保のためには，マスク版に一定の厚みが必要であるため，マスク版の厚みが厚くなるほど，または開口面積が狭くなるほど，印刷パターン孔の内壁の状態が抜け性に与える影響は増大し，抜け性は悪化することになる。
【００１０】
さらに，マスク版の製法によって異なる印刷パターン孔断面形状の凹凸や内壁の表面粗さ，内壁面の表面エネルギ（濡れ性，撥水性）等によってペーストの抜け性は大きく影響される。
【００１１】
そこで，まず，印刷パターン孔断面形状の凹凸や内壁の表面粗さに関わる印刷マスク製造技術の進展を説明する。
【００１２】
図１から図４まではエッチングマスクの製法を断面で表した概念図，図５はその結果開口されたエッチングマスクの概念図である。
【００１３】
図１において，１は版素材として使用される金属板で，多くはステンレスのＳＵＳ３０４である。
【００１４】
これに，ロール癖除去やヘアライン加工，脱脂などを行なった後，フォトレジスト２を塗布し，図２のように両面からフォトフィルム３を密着させて露光用光源４によって露光する。
【００１５】
一定のエージング時間を置いた後フォトレジストを洗浄して現像すると，図３のように，フォトレジスト２の塗膜による必要な意匠のマスキングができ，その一方でフォトレジストの剥離部５ができる。
【００１６】
マスキングのピンホールやダメージ，汚れ等の検査，処置の後，図４のようにエッチングシャワー装置で処理すると，塩化第２鉄などのエッチング液６によって，版素材１のマスキングされていない部分が溶かされて行き，数分で図５のような印刷パターン孔が形成される。その後，フォトレジストを剥離し，中和処理を行なう。
【００１７】
このようにして製作されるエッチングマスクは，図５に示すような印刷パターン孔中央の凸部７が形成され，かつ，印刷パターン孔内壁面の表面粗さも粗いため，ペーストの印刷において抜け性が阻害され，印刷品質は悪い。
【００１８】
アディティブマスクの製法は，電鋳法とも呼ばれる製法で，以下，図６から図９まではアディティブマスクの製法を断面で表した概念図，図１０はその印刷パターン孔の概念図である。
【００１９】
図６において，めっき時の電極となるサブストレート８の表面に感光性樹脂のドライフィルム９をラミネートし，厚みが不足する場合には感光性接着剤１０を介し，その上からさらにドライフィルム９をラミネートして厚みを付加する。
【００２０】
次に図７のようにパターンニングしたフォトマスク１１をドライフィルム９上に密着させ，露光用光源１２によって露光後，一定のエージング時間を置いた後現像すると，図８のように硬化，不溶化したドライフィルムによる印刷パターン孔形状の雌型１３がサブストレート８上に残る。
【００２１】
この雌型１３のついたサブストレート８を図９のように電解ニッケルめっき液中に入れ陰極側にして通電すると，ニッケルがサブストレート８表面に析出し，ドライフィルムの雌型１３の周辺に次第に析出ニッケル層１４が成長し厚くなっていく。
【００２２】
析出ニッケル層１４が所定の厚さになったところでめっき液より引き上げ，中和処理後サブストレート８より析出ニッケル層１４を剥離し，ドライフィルムの雌型１３を除去すると，図１０のような印刷パターン孔を得ることができる。
【００２３】
この印刷パターン孔内壁の形状はドライフィルムの雌型１３の形状を反映して比較的平坦となり，エッチングマスクと比較すると印刷品質が良いため，微細な印刷にも適している。
【００２４】
ただ，時に，ドライフィルムを貼り合わせた感光性接着剤１０の部分に該当する内壁面に，表面粗さが粗い帯状の部分や，図１０に示すような段差１５が発生することがある。
【００２５】
また，感光性接着剤１０はやや光の透過率が低いため，露光の際，ドライフィルム９のサブストレート側底部まで十分に感光させようとして露光時間を延ばしたり，強い光で露光すると，マスキングされていて本来影となる所までハレーションによる光の廻り込みがあって，図１０の内壁面に凹凸１６が発生することがある。
【００２６】
この凹凸１６は，感光性接着剤１０を境にして光源側の内壁に発生し，「オーバー露光現象」，「アタック現象」，「くわれ」などと言われており，印刷性を阻害する形状である。
【００２７】
ＹＡＧレーザマスクは，比較的新しい製法の印刷マスクで，図１１から図１３まではＹＡＧレーザマスクの製法を断面で表した概念図，図１４はその結果開口されたＹＡＧレーザマスクの概念図である。
【００２８】
図１１において，１７は版素材として使用される金属板で，多くはステンレスのＳＵＳ３０４である。このＳＵＳ３０４は，エッチングマスクに使用される金属板１とほぼ同じであるが，エッチングマスクでは冷間圧延を数回以上行なったものを使用するのに対して，ＹＡＧレーザでは圧延回数をさほど必要としない。
【００２９】
これに，ロール癖除去などを行なった後，ＹＡＧレーザ光１８によって金属板１７を加熱溶解させるが，これだけでは切断することができないため，アシストガス１９によって金属２０の除去を行なう。
【００３０】
図１２に示すのは切断の手順である。最初に貫通穴２１をあけることをピアシングというが，この時の加工範囲は広くなる傾向があり，切断予定線上でピアシングを行なうとその部分だけ外にはみ出した加工形状になるため，図に示すように，ピアシングは除去予定部で行ない，その後切断予定線上に合流するように切断加工を進める。
【００３１】
このＹＡＧレーザによる切断では，図１３に示すように，溶解したドロース２２ａが切断辺縁部に固着し，このままでは印刷マスクとして使えないため，表面の研磨処理でドロース２２ａを除去する。
【００３２】
この時，印刷パターン孔内へのカエリ２２ｂの発生が顕著な場合は，印刷時のペーストの抜け性を阻害する要因にもなるため，さらに電解研磨によってカエリ２２ｂ除去を行なうこともある。
【００３３】
完成した印刷パターン孔は，図１４に示すように内壁表面の凹凸２３が激しく，印刷品質はエッチングマスク以上であるが，アデイティブマスク以下である。
【００３４】
一時，ＣＯ₂レーザにより同様の印刷マスク製作が試みられたことがあったが，熱影響がＹＡＧレーザより広範に及ぶため内壁表面の凹凸はさらに激しく，印刷マスクとして十分な印刷品質を実現できず，普及するに到らなかった。
【００３５】
このように孔版印刷用のマスクは，シルクスクリーンを除きその版素材が金属板であることから「メタルマスク」とも呼ばれ，ペーストの孔版印刷では重要であるが，近年は更なる微細印刷が求められており，メタルマスクでの密着の悪さ，微細加工の限界，製法と素材に起因する長納期やコスト高などを解決するための新しいマスクとして，版素材にプラスチック版を使いエキシマレーザで印刷パターン孔の穴開け加工を行なうものが出現した（特開平７−８１０２７号公報を参照）。
【００３６】
このマスクは，製法に注目した場合「エキシマレーザマスク」と呼ばれ，版の素材に注目すると「プラスチックマスク」と呼ばれている。以下，ここでは「エキシマレーザマスク」と呼ぶが，図１５から図１８まではエキシマレーザマスクの製法を断面で表した概念図，図１９はその結果開口されたエキシマレーザマスクの概念図である。
【００３７】
図１５において，２４は照射されるエキシマレーザのビーム光の範囲である。ビーム光２４が線状のＹＡＧレーザやＣＯ₂レーザに対し，エキシマレーザのビーム光２４の断面は面であり，これを遮光板（アパーチャ）２５に開けた開口形状によって任意の形状に整え，レンズ２６によって集光させて加工可能なエネルギー密度を得た後，マスクの版素材であるプラスチック板２７を開口加工する。
【００３８】
図１６はエキシマレーザによるプラスチックの加工原理の概念図である。高分子であるプラスチックは無数の原子２８が共有結合で固体化しているものであるが，ここにアパーチャ２５を通したレーザー光２９を一定エネルギ以上で照射すると，基底部の軌道で安定していた電子が励起され，共有軌道から離脱して一つ上の軌道に移動する。
【００３９】
そのため，図１７のように共有結合が成立しなくなり，開裂した原子３０は高速で飛散し，この結果，レーザー光照射範囲のプラスチック表面には掘り込み加工が行なわれることになる。
【００４０】
一回のレーザー光照射での掘り込み量は１μm以下であることが多いが，この加工を繰り返すことで任意の深さの掘り込みが可能で，マスク素材のプラスチック板の厚さ以上の掘り込み加工を行なうと貫通穴となる。
【００４１】
エキシマレーザによるこのような加工をアブレーション加工という。その時飛散していく原子の温度は６千度にもなるが，一連のメカニズムは２０ナノ秒という短時間で完了するため隣接する原子に熱を十分伝導する余裕がなく，この加工を非熱加工とも言う。
【００４２】
このように，エキシマレーザのアブレーション加工は，熱的，化学的，機械的な影響をほとんど受けないで，波長レベル，原子レベルの極めて微細な平面的加工が容易に行なえる。
【００４３】
図１８は加工の様子，図１９はその結果得られる印刷パターン孔の形状を示すものであるが，その加工状態は３１の内壁面のように非常に良好で，印刷品質は，前述のエッチングマスク，アディティブマスク，ＹＡＧレーザマスクを凌駕する。
【００４４】
図２０〜図３２はこのような印刷マスク製法によって発生するペーストの抜け性の悪い不具合形状の断面図，及びその発生原因の説明図である。
【００４５】
図２０は印刷パターン孔のエッジに丸みが付く不具合形状で，一時期生産されていたパンチプレスマスクのポンチ押し込み側や，電解研摩でバリやカエリを除去する際過剰に時間をかけすぎた場合などに発生する。良好なエッジのマスクに比べペーストの充填性に劣り，かつ，抜け性が悪くなる。
【００４６】
図２１は，印刷パターン孔の上面または下面のエッジにバリのある不具合形状で，ＹＡＧレーザマスクのドロース研摩により表裏両面に，またパンチプレスマスクのダイス側に発生する。やはり抜け性を悪化させる形状である。
【００４７】
図２２は，「ギザリ」といわれる不具合形状で，印刷パターン孔のエッジの稜線部に不規則な凹部が発生するもので，図２３に示すように，エッチングマスクの製造プロセス中エッチング液６によってマスキング用のフォトレジスト２が版用の金属板１から一部剥離して発生するもので，表裏いずれにも発生することがある。
【００４８】
また，図２４に示すようにアディティブマスクの微小印刷パターン孔の周辺を，エッチング範囲限定用のマスキング３２で保護し，エッチングでマスクの厚みを薄くするハーフエッチング加工を行なうことがある。
【００４９】
この際に行なう印刷パターン孔内壁保護用の樹脂３３の充填が不十分だと，図２４のように内壁と樹脂間に発生した間隙にエッチング液がにじみ込み，印刷パターン孔エッジの稜線３４がエッチング液によって蝕刻されギザリとなる。これもやはりペーストの充填性や抜け性に劣る原因となる。
【００５０】
図２５は，印刷パターン孔の内壁中央部が凸形状になるエッチングマスクでの典型的な不具合形状である。図１〜図４の製法に示す通り，金属板１の表裏よりエッチングで開口させる過程でマスキングが剥離され露出した金属板１は，露出部の中央が深く周辺部が浅い鍋底型に掘り込まれていく。
【００５１】
そのため，表裏両面から進行するエッチング孔が両者連続した穴になったとき，図５及び図２５に示す中央の凸部７が発生する。この形状はペーストの通過を妨げ，抜け性を阻害する。また，この内壁面はエッチングによって蝕刻されるため表面粗さが粗く，印刷品質をさらに悪化させる。
【００５２】
メタルマス７としては最も早く実用化されたエッチングマスクであるが，印刷品質は，ＹＡＧレーザマスク，アディティブマスク，エキシマレーザマスクのいずれにも劣り，精密な印刷には向かない。
【００５３】
図２６はアディティブマスクで発生するテーパ過剰の不具合形状である。前述の図６〜図９にアディティブマスクの製法を示したが，特に図７の露光工程において，その光源１２に図２７に示すような散乱する光源３５を使用するとテーパの付いた印刷パターン孔の断面形状となる。
【００５４】
印刷マスクの印刷パターン孔内壁が垂直であれば，印刷性は，被印刷物に対してのペーストのタッキング力と，版離れに従ってペーストを被印刷物表面から剥離させようとするマスク内壁，ペースト間のずり応力によって決定される。
【００５５】
ところが，内壁にテーパが付くに従って内壁面とペースト間のタッキング力が増して被印刷物表面とペーストとのタッキング力に対抗することとなり，抜け性を悪化させる。
【００５６】
図２７に示すのは散乱光源３５での露光の概念図であるが，フォトマスク１１の透明パターン部分から入射する光は，ドライフィルム９に対して，光源３５の光が全く届かない部分３６，一部の光が届く部分３７，全ての光が届く部分３８と，露光条件の違いを発生させる。
【００５７】
また，特に一部の光が届く部分３７においては，光が全く届かない部分３６に近い側の光量は少なく，全ての光が届く部分３８に近い側では多く露光されるため露光条件は連続的に変化している。
【００５８】
このような散乱光源下で露光されたドライフィルム９は，露光感度が高いものであれば図２８のように光が届く部分３７の範囲を含んで硬化，不溶化した形状となり，露光感度が低いものであれば図２９のように一部光が届く部分３７の範囲を含まない形状となる。
【００５９】
このようなテーパ過剰形状への対応として，並行光での露光を行なうため，光路途中にハニカム構造の遮蔽板を置いて斜めの光だけをハニカム内壁面で遮蔽したり，光源の紫外線ランプを放物面鏡の焦点に設置し，その並行反射光を利用するなどの改善によって，現在ではテーパ過剰形状は少なくなってきた。
【００６０】
図３０は，アディティブマスクに特有な，印刷パターン孔内壁に段差１５が発生する不具合形状である。
【００６１】
前述したアディティブマスクの製法において，図６のようにドライフィルム９を感光性接着剤１０で複数枚ラミネートしてマスクの厚さに対応することが多いが，この感光性接着剤１０が周囲のドライフィルムの感光感度や現像時の溶解性において差があると，図１０や図３０のような段差１５が発生する。この形状もペーストの抜け性を阻害する不具合形状である。
【００６２】
これに対しては，従来より厚いドライフィルムが提供され始めており，感光性接着剤１０の使用を回避することが容易になりつつある。
【００６３】
図３１もアディティブマスクに特有な，「オーバー露光現象」，「アタック現象」，「くわれ」５７’などといわれる形状で，やはり感光性接着剤１０によってドライフィルム９をラミネートすることによる不具合である。
【００６４】
ラミネートしたドライフィルムを露光する場合は，図３１を上下反転した形で図７のように露光するが，製作するマスクの厚さが厚い場合，感光性接着剤１０の部分で光の透過率が悪いため，ドライフィルム底面まで十分露光されない恐れがある。
【００６５】
その対応として長時間露光や大光量露光が行なわれるが，これが過剰な場合，フォトマスクで遮光されている影の部分までドライフィルム内のハレーションによって露光されてしまい，内壁面の凹凸１６になる。この凹凸１６もペーストの抜け性を阻害する要因である。
【００６６】
図３２はエッチングマスクに発生する不具合である。製法の説明図２に示すように，エッチングマスクの露光には表裏２枚のフォトフィルム３を使用するが，通常，このフォトフィルムにはトンボといわれる位置合わせ用マークが設定され，それによって上下フィルムがずれないように位置を合わせ，袋とじ状に貼り合わせて使用する。
【００６７】
この位置合わせがずれたまま製作されると，エッチングマスクにこのような傾斜した印刷パターン孔の形状が発生する。この不具合によって，ペーストの抜け性が悪化するだけではなく，スキージの移動方向によって印刷品質がばらつくことになる。
【００６８】
図３３は印刷マスクのパターン孔断面形状の良好な場合のペーストの抜け性を，図３４はパターン孔断面形状の不良な場合の抜け性を概念図で表したものである。
【００６９】
また，図３５は，ペーストの抜け性の違いによる不具合形状を，スリット穴形状の印刷における概念図で表したものである。
【００７０】
図３５の不具合「ペーストなし」は，印刷パターン孔内からペーストが抜けられず，被印刷物表面には印刷されなかったものである。「ペースト欠け」は，印刷パターン孔の抜け性の悪い部分が部分的に目詰まりしたものである。
【００７１】
「めくれ」は，版離れの際のマスク側の抜け性の悪さによるズリ応力と，被印刷物表面へのタッキング力とがペーストを引っ張りあい，一度は被印刷物表面から一部剥離しかけたペーストが，その後被印刷物表面に落下したもので，多くは印刷したい位置からペーストがずれる。
【００７２】
「つの」は，「鞍状形状」「サドル」「糸引き」など多くの言い方があるが，抜け性の悪い印刷パターン孔部分が，版離れ時に被印刷物表面とペーストを引っ張りあうと，粘性と曳糸性によって図のような不具合形状になる。
【００７３】
「ブリッジ」は「つの」の程度がさらに激しいもので，隣接パターンと不良ペースト形状とが接触している場合で，特にペーストが電気回路形成用途に使用される場合，「ショート」とよばれることがある。
【００７４】
以上，印刷品質の観点からマスクの印刷パターン孔形成技術を述べたが，ペーストの抜け性を左右するのは，パターン孔断面形状の凹凸や内壁の表面粗さだけではなく，内壁面の対ペースト濡れ性や撥水性にも依存することが分かってきた。
【００７５】
そこで図３６のような，印刷パターン孔内壁にテフロンのコーティング層４４を持つ印刷マスクや，図３７のようにアディティブ法で印刷マスク版を製作する時，使用する電解ニッケルめっき液４５の中にテフロンの微粒子４６を分散させ，めっき成長面に巻き込むことにより，図３８のようにめっき表面にテフロン微粒子４６の一部表面を分散して露出させる「複合めっき製法」による印刷マスクが提案された。
【００７６】
これらの印刷マスクは高額であることから広く普及するに至っていないが，抜け性は大巾に改善された。
【００７７】
しかし，開口部の断面形状の改善に加え，上記のような内壁面の対ペースト濡れ性や撥水性を改善しても，印刷パターン孔形状が微細で且つ図３９のようにスリット形状４７である場合，穴両端のコーナー部にペーストが目詰まりしやすい。
【００７８】
これは，被印刷物表面とペーストとのタッキング面積に対して，コーナー部の内壁面積の割合が大きく，版離れの際ペーストを剥がそうとするズリ応力がコーナー部で最も大きく作用するからである。
【００７９】
このことから，現状の印刷マスクの印刷パターン穴内壁への撥水性加工では，ズリ応力を除去しきれていないことがわかる。
【００８０】
図４０，図４１は同一の印刷における平面及び断面概念図で，ペーストの目詰まり傾向の例を示すものである。印刷マスクに丸形４８，正方形４９及びスリット型４７の印刷パターン孔を形成して球状粒子を含有するペースト５０を印刷する場合，図４０においてスキージ５１が上から下向きに，図４１において左から右にスキージングを行なったとき，ペースト５０は，図４０においては下側のパターン穴側壁へ，図４１においては右側のパターン穴側壁へ目詰まりを発生させる傾向がある。
【００８１】
これはスキージング方向に依存しており，スキージング方向は図４２は下から上向きに，図４３では右から左向きの場合であるが，いずれもスキージの進行方向前方のパターン穴側壁へペースト５０が目詰まりしやすい。
【００８２】
図４４〜４７は，従来説明されてきた印刷パターン孔へのペーストの充填メカニズムである。
【００８３】
図４４において，スキージが印刷マスク上に置かれたペーストを右方向にスキージングしていく時，マスク版面に粘着しつつ後ろから押されるペーストは図４４の矢印のようにローリングしながら右方向に前進し，印刷パターン孔に到ると，図４５，図４６，図４７に示すように，ペーストは順次開口部の手前側から充填されていく。
【００８４】
ところが実際に観察してみると，その充填メカニズムは図４８〜５１に示すものであった。
【００８５】
図４８〜５１において，スキージが図中の右に向けてスキージングされる時，印刷マスク上に置かれたペーストは，ローリングしつつも印刷マスク版面上をスリップしている。
【００８６】
図４８でペーストは開口部の手前に到る。従来の説明ではこの後ペーストは印刷パターン孔の中に充填されていくはずであるが，実際にはペーストがパターン孔開口部上を横断しても開口部内に充填されない。
【００８７】
図４９において，ペーストの先端部がスキージの進行方向前方側の開口部エッジに到達し，さらに前方にスリップしていくとき，ペーストの底部が前方側エッジにひっかかり，下から削り取られるようにして充填が始まる。
【００８８】
この開口部内に充填されたペーストは，パターン孔の上部を通過していくペーストの底部を滞留させるが，さらに，滞留させられたペーストは後ろから来るペーストに押されて，下側に膨らむようにして開口部内に充填されていく。
【００８９】
このようにして，スキージが印刷パターン孔の上を通過するまでに，ペーストは開口部内の空間に充填完了する。
【００９０】
さらにこの充填されたペーストの状態を観察したところ，図５２のように，スキージの進行方向に対し後方側の開口部内空間には粒子密度の粗の部分５０ａが，一方，スキージの進行方向に対し前方側の側壁に接する部分には粒子密度の密の部分５０ｂとがあり，粒子分布に差が発生している。
【００９１】
この粒子分布の密な部分と，図４０及び図４１においてスキージの進行方向前方側のパターン穴側壁に目詰りする球形固体含有ペーストの分布とは一致しており，ペースト中の粒子密度と版離れ時のペーストの抜け性には相関がある。
【００９２】
この相関は，濡れ性にかかわる表面エネルギで説明される。固形粒子を含むペーストは，その含有粒子間を粘性を持つ液体で満たすことによって，ペーストとしての性状を保持するが，固形粒子に対し粘性液体の比率が高いとペースト総体の粘度が低下し流動化しやすくなる。
【００９３】
また，逆に粘性液体の比率が低下すると高粘度となり，形状保持傾向が高まる。
【００９４】
これは，固形粒子間の粘性液体は，ある一定含有率以上では粒子間において潤滑剤として機能しているものの，逆に一定含有率以下になると，固形粒子表面および粘性液体の表面エネルギによって互いに濡れ合うとともに粘性液体の表面張力によって引き合うため，固形粒子はこの粘性液体によって互いに拘束され動きにくくなるものである。
【００９５】
このメカニズムは固形粒子間だけではなく，固形粒子と印刷パターン孔側壁間でも働くため，スキージの進行方向に対し後方側の開口部内空間に充填された低固形粒子密度，高粘性液体比率のペーストは側壁に対しても流動的で滑りやすく，結果として抜け性のよい部分となる。
【００９６】
逆にスキージの進行方向前方側の開口部側壁に接している高固形粒子密度，低粘性液体比率のペーストは側壁にたいして非流動的で滑りにくく，結果として抜け性の悪い部分となる。
【００９７】
現在まで，印刷パターン孔の内壁形状に起因する抜け性の悪さや，内壁面の表面粗さに起因する抜け性の悪さ，内壁面の潤滑性に起因する抜け性の悪さ等には対応策が講じられてきたが，このスキージング方向に相関する固形粒子含有ペーストの抜け性のばらつきに対して有効な対応策が無く，微細印刷の要求が高まっている今，新たな対応技術が求められている。
【００９８】
【発明が解決しようとする課題】
このように，ステンシルを用いた孔版印刷において，従来より問題であった抜け性の確保に対し，様々な対応がなされてはきたが，いまだスキージング方向に相関した目詰まりの発生に対しては有効な対応策がなく，早急な対応が望まれている。
【００９９】
そこで，本発明は，上記のようなスキージング方向に相関した目詰まりが発生しにくい粒子入ペースト用印刷マスク及びその製造装置を提供することを目的とする。
【０１００】
【課題を解決するための手段】
請求項１にかかる発明は，印刷用のパターン孔を備えた印刷マスクであって，被印刷物表面上に載置された当該マスク上をスキージで摺擦し，粘性流動体に球状粒子を含有してなる粘性体を塗り広め，これにより前記パターン孔に当該粘性体を充填し，その後当該印刷マスクを版離れさせることにより，前記粘性体を被印刷物表面に前記パターン孔に対応したパターン形状で転写する際に用いられる粒子入ペースト用印刷マスクにおいて，前記印刷マスクに設けられたパターン孔の側壁全面に，前記球状粒子の径よりわずかに小さい巾の溝が所定間隔で設けられ，かつ，当該溝が印刷マスクの厚み方向に延設されてなることを特徴とする。
【０１０１】
即ち，パターン孔に充填された球状粒子を含有した粘性体と当該パターン孔の側壁との滑りを確保すべく，パターン孔の側壁に溝を設けて，当該溝に前記粘性体に含まれる粘性流動体が溜るようにする。そして当該粘性流動体に潤滑剤の働きをさせることを特徴とする。
【０１０２】
請求項２にかかる発明は，前記溝の横断面形状が，三角形状，矩形波形状，正弦波形状，半円形状，楕円形状の内のいずれかであることを特徴とする。
【０１０３】
請求項３にかかる発明は，エキシマレーザ光を出射するレーザ源と，側壁が前記溝の横断面形状に形成されて前記エキシマレーザ光を所定形状に整形する整形孔を具備したアパーチャ，又は反射面の周囲が前記溝の横断面形状に形成された整形反射面を具備して，前記エキシマレーザ光を所定形状に整形して反射する整形反射面を有して，整形されたエキシマレーザ光をマスク材に照射して印刷用のパターン孔を形成することを特徴とする。
【０１０４】
即ち，パターン孔の側壁に溝を有したマスクを形成する際に，エキシマレーザ光をアパーチャまたはミラーによりパターン孔の形状に整形し，かつ，当該アパーチャの整形孔またはミラーの整形反射面に溝形状を設けて，パターン孔の形成と同時に当該溝も形成するようにしたことを特徴とする。
【０１０５】
【発明の実施の形態】
本発明は，従来の印刷マスクでは困難であった微細印刷に対し，より有用であるため，現在すでに通常印刷で印刷品質の良いマスクとの組み合わせが望ましく，印刷品質の良くないエッチングマスクやＹＡＧレーザマスクとは馴染みにくい。そこで，以下に，アディティブマスク及びエキシマレーザマスクにおける本発明の実施形態を示す。
【０１０６】
アディテイブ製法によって本発明にかかる印刷マスクのパターン孔形状を形成する方法において，図７及び５７は露光，図８及び５８は現像，図９及び５９はめっきの工程の概略構成である。
【０１０７】
図７及び５７に示す露光のプロセスにおいて，電解めっき用電極基材となるサブストレート８上に，感光ドライフィルム９を必要厚にラミネートし，その表面に露光形状決定のため形成したい意匠を透明部と遮光部に分けてデザインしたフォトマスク１１を真空吸着等で密着させ，上方の高圧水銀灯等の平行紫外光源１２によって露光をおこなうと，ドライフィルム９にはフォトマスク１１の意匠通りの潜像が得られる。
【０１０８】
このとき，印刷マスクのパターン孔側壁に本発明にかかる溝を形成するため，フォトマスク１１の意匠として，当該溝形状を形成するための凹凸パターン６４を使用する。
【０１０９】
さらに図８及び５８の現像プロセスにおいて，感光樹脂現像液６５で所定の現像をおこなって潜像を顕像化すると，サブストレート８上に本発明にかかる印刷パターン孔のめっき雌型６６が得られる。
【０１１０】
図９及び５９のめっきのプロセスにおいて，上記のめっき雌型６６付きサブストレート８を電解めっき用電源６７のマイナス側につなぎ，一方のプラス側には電鋳用ニッケルアノード６８をつないで，両者を電解めっき液４５中に沈めて一定時間通電・めっき浴を行ない必要な厚さのめっきを付けると，アディテイブ製法によって本発明にかかる印刷パターンの溝形状を持つ印刷用メタルマスク用の金属版が得られる。
【０１１１】
このあと，サブストレートから当該金属版を剥離させ，めっき用雌型６６を溶解除去した後，ポリエステルやナイロン製のテンション付与用紗膜を介して印刷枠に接合することにより，印刷マスクとして完成する。
【０１１２】
一方，以下はエキシマレーザマスクによって本発明にかかる印刷マスクのパターン孔形状を形成する方法であるが，図５６は本発明にかかる溝付エキシマレーザマスクを形成する装置の概略構成を示す図で，エキシマレーザ光（以下，単にレーザ光と記載する）を出射するエキシマレーザ発生装置５６，当該エキシマレーザ発生装置５６から出射されたレーザの光路を変更するプリズムまたはミラー５７（５７ａ，５７ｂ，５７ｃ），レーザ光の強度分布を均一化するホモジェナイザ，およびレーザ光の長・短径寸法を縮小・拡大するビームエキスパンダまたはビームコンプレッサがあるビーム調整部５８，レーザ光を所定形状のパターンにする遮光用アパーチャまたは反射ミラーのビーム形成部５９，レーザ光を集光する集光レンズ６０，マスク素材のプラスチック板を保持してＸＹＺ軸方向に移動させるステージ６１，当該アパーチャ・ステージの位置決めを制御すると共にエキシマレーザ発生装置５６を制御する制御部６２，観察光学系用のカメラ６３を有している。
【０１１３】
図６０は図５６における遮光用アパーチャまたは反射ミラーのビーム形成部５９により整形されたレーザ光がマスク用素材のプラスチック板に照射される際の様子を示す図である。
【０１１４】
ビーム形成部５９には，パターン孔に対応した複数の整形孔６９が設けられている。無論，整形孔は１つでも良く，適宜形成するパターンにより設定される。
【０１１５】
当該整形孔６９の内周側壁には，集光レンズ６０の縮小率の逆数の倍率になった溝が設けられている。従って，当該ビーム形成部５９により形成されるマスクのパターン孔にも図５３に示すように溝５３が形成されるようになる。
【０１１６】
この溝５３の幅は，パター孔に充填されたペーストに含有される粒子径よりもわずかに小さい大きさに設定されている。
【０１１７】
このような構成において，エキシマレーザ発生装置５６から出射されたレーザ光断面のエネルギ強度分布は，中央部が強くて周辺部が弱く，分布が不均一である。この不均一さが加工に悪影響を及ぼす場合，ビーム調整部５８のホモジェナイザで均一化を図ることがある。
【０１１８】
また，出射されたレーザ光の断面形状は，やや角の丸い長方形であることが多く，この形状が加工に悪影響を及ぼす場合，やはりビーム調整部５８のビームコンプレッサによってレーザ光の長・短径寸法を縮小したり，またはビームエキスパンダによって拡大して必要なビームに調整する。
【０１１９】
その後，プリズムまたはミラー５７（５７ａ，５７ｂ，５７ｃ）によってマスク５９に垂直に入射するように光路を調整されたレーザ光は，遮光用アパーチャまたは反射ミラーのビーム形成部５９により整形され，集光レンズ６０により投影される。
【０１２０】
このように投影されたレーザ光は，単位面積あたりのエネルギー密度が高められ，素材ごとに固有のアブレーション加工に必要なエネルギ密度を越えることができるようになるため，当該マスクにパターン孔が形成される。
【０１２１】
そして，マスクにパターン孔が形成されると，制御部６２は遮光用アパーチャまたは反射ミラーのビーム形成部５９とステージ６１の位置決めを行ない，次のパターン孔の加工を行なう。
【０１２２】
なお，本発明ではパターン孔の側壁に溝を設けるが，当該溝の隣接間隔は非常に小さいため，もし形成部５９のアパーチャまたはミラーのパターンとマスクの加工形状が等寸であれば，形成部５９のアパーチャまたはミラー作成は困難でコストもかかる。
【０１２３】
ところが，上述の通り本装置は集光レンズ６０によって縮小投影されるため，遮光用アパーチャまたは反射ミラーのビーム形成部５９に形成されるパターンは縮小率の逆数倍だけ大きくても良く，上記アパーチャやミラーの製造コストが低減できるため，当該印刷マスクの製造コストも下げることができる。
【０１２４】
また，エキシマレーザ光ではアブレーションを起こしにくく，溝５３の幅の大きさに合わせた径の微粒子をマスク用素材に含有させておくと，当該微粒子の影になるところではマスク基材は加工されず自然に溝５３を形成することができるようになる。
【０１２５】
この製法では，溝配置のピッチや深さなど，バラツキが発生することになるが，用途によっては整形孔６９に溝５３を設ける必要がなくなる。
【０１２６】
次に本発明の作用原理を説明する。従来は，印刷マスクの側壁と充填された粒子含有ペースト５０とのズリ応力を小さくして，印刷マスクの版離れの際に当該ペーストがパターン孔７０内に残らないよう，可能な限り側壁面を滑らかにしていた。
【０１２７】
しかし，本願発明者は，当該ペーストの目詰まり状態とパターン孔に当該ペーストが充填される様子を詳細に観察した結果，以下のことを突き止めた。
【０１２８】
即ち，版離れの際目詰まりする当該ペーストは，摺動するスキージを内壁面が正対して迎える側の側壁（以下，迎え側壁という）に残留する傾向が強く，かかる傾向はパターン孔に粒子含有ペースト５０が充填されるメカニズムと密接に関係していた。
【０１２９】
このことを図４８〜５１を参照して，パターン孔７０に粒子含有ペースト５０が充填されるメカニズムを説明する。なお，図中の矢印は，粒子含有ペースト５０の動きを示している。
【０１３０】
図４８〜５１において，摺動するスキージ５１に押されて移動していく固体粒子含有ペースト５０は，マスク版面上をローリングしつつも，スリップして前方へ移動していく。
【０１３１】
図４８で当該ペーストはパターン孔７０に到るが，この後ペースト５０がパターン孔７０の開口部上を横断しても開口部内に充填されず，図４９において，ペースト５０の先端部が迎え側壁のエッジ部に到達し，さらに前方にスリップしていくとき，ペーストの底部が前方迎え側壁７１のエッジにひっかかり，あたかもペースト５０がカンナで下から削り取られるようにして充填が始まる。
【０１３２】
パターン孔７０の開口部内に充填されたペースト５０は，パターン孔７０の上部を通過していくペースト５０の底部を滞留させるが，さらに，滞留させられたペースト５０は後ろから来るペーストに押されて，下側に膨らむようにして開口部内に充填されていく。
【０１３３】
スキージが印刷パターン孔の上を通過するまでに，このようにして，遂にはペーストは開口部内の空間に充填完了する。
【０１３４】
この充填済みのペーストの状態は，図５２のように，スキージの進行方向に対し後方側の開口部内空間には固体粒子密度の粗の部分５０ａが，一方，スキージの進行方向に対し前方側の側壁に接する部分には固体粒子密度の密の部分５０ｂとがあり，粒子分布に差が発生している。
【０１３５】
当該ペーストのように固体粒子を含有しているペーストは，迎え側壁に押しつけられると，固体粒子密度は迎え側壁７１ａ側に高くなるが，反面，ペースト中の液体成分は容易に対向する側壁７１ｂに移動することができるため，絞り出されるようにしてこのような密度分布が生じる。
【０１３６】
この結果，版離れの際には，ペースト中の液体成分の含有比率が多く粒子密度の少ない側壁７１ｂ側は，この液体成分が潤滑剤の働きをするため，側壁とのズリ応力が低減され，抜け性が改善される。
【０１３７】
一方，固体粒子密度の高い部分は潤滑剤となる液体成分が少なく，且つ固体粒子相互の間隙が少なくなると，潤滑剤として機能していた液体成分が，逆に表面エネルギによる濡れ性で互いの固形粒子を引き合い，動きを拘束し始める。
【０１３８】
このようにして，固体粒子密度の高い部分の流動性が失われるのと共に，固体粒子と内壁面との間隙でも互いに拘束し，引き合う現象が発生する。このことにより，結果的に当該迎え側壁７１ａの部分で固体粒子の目詰まりが多発する。
【０１３９】
このように，充填のメカニズムに起因したペースト中の固体粒子の密度のかたよりは，このように，一方で抜け製を促進し，他方で抜け性を阻害するという正反対の現象を発生させる。
【０１４０】
従って，ペースト中に分散する固体粒子に高密度部分が発生しても，ペースト中の液体成分が潤滑剤として，固体粒子または固体粒子同志が流動性を失った塊と迎え側壁７１との間に介在するならば，固体粒子の目詰まりを防止することができる。
【０１４１】
そこで，本発明では，固体粒子の粒径よりわずかに小さい溝をパターン孔の側壁に印刷マスクの厚み方向に延設・形成して，当該溝内にペースト中の液体成分が潤滑剤として溜るようにすると共に，ペーストの抜け方向に対しては凹凸のない側壁形状を維持している。
【０１４２】
以上により，スキージ方向によって発生していたペーストの目詰まり傾向が防止できると共に，版離れ速度を速くしてもパターン孔７０に充填された固体粒子含有ペーストの残留がなくなり，一層の高品位・微細印刷が可能になる。
【０１４３】
なお，上記説明では，溝５３辺縁部の横断面形状を三角形状として説明したが，本発明はこれに限られるものではなく，図５５に示す棒形状，矩形波形状，正弦波形状，半円形状，楕円形状等が可能である。
【０１４４】
この場合，三角形状や棒形状等においては，コーナー部は丸く面取りされた形状にすることが，摩耗から形状を保護し，耐久性を増す観点から望ましい。
【０１４５】
【発明の効果】
本発明によれば，パターン孔の側壁に固体粒子径より小さい幅の溝を設けたのでズリ応力が小さくなり，版離れの際に固体粒子含有ペーストがパターン孔に残留することがなくなって，良好な形状を持つペーストのパターンを被印刷物表面に形成することが可能になった。
【０１４６】
また，パターン孔の側壁に溝を有したマスクを形成する際に，アディテイブマスクにおいてはフォトマスク１１により，エキシマレーザマスクにおいてはアパーチャにより，それぞれ印刷パターン孔の形状に整形すると同時に，当該フォトマスク１１またはアパーチャの整形用形状に溝形成用パターンも付与することにより，印刷パターン孔の形成と同時に当該溝も形成できるようにしたので，安価に高品位な印刷マスクを製造することが可能になった。
【図面の簡単な説明】
【図１】エッチングマスクの製法におけるフォトレジスト塗布後の断面概念図である。
【図２】エッチングマスクの製法における露光の概念図である。
【図３】エッチングマスクの製法における現像の概念図である。
【図４】エッチングマスクの製法におけるエッチング加工の概念図である。
【図５】エッチング加工の結果開口されたエッチングマスクの概念図である。
【図６】アディティブマスクの製法におけるドライフィルムのラミネートの概念図である。
【図７】アディティブマスクの製法における露光の概念図である。
【図８】アディティブマスクの製法における現像の概念図である。
【図９】アディティブマスクの製法におけるめっきの概念図である。
【図１０】アディテイブ加工の結果開口されたアディテイブマスクの概念図である。
【図１１】ＹＡＧレーザマスクの製法における切断法の概念図である。
【図１２】ＹＡＧレーザマスクの製法における切断の手順を表した概念図である。
【図１３】ＹＡＧレーザマスクの切断形状の断面概念図である。
【図１４】ＹＡＧレーザの切断加工の結果開口されたＹＡＧレーザマスクの概念である。
【図１５】エキシマレーザマスクの加工原理を示す概念図である。
【図１６】エキシマレーザによるアブレーション加工の原理を示す概念図である。
【図１７】アブレーションによる掘り込み加工の概念図である。
【図１８】エキシマレーザによる平面的加工の概念図である。
【図１９】エキシマレーザ加工の結果開口されたエキシマレーザマスクの概念である。
【図２０】印刷パターン孔エッジ部に丸みの付く不具合形状である。
【図２１】印刷パターン孔の上面または下面のエッジにバリのある不具合形状である。
【図２２】印刷パターン孔の上面または下面のエッジにギザリのある不具合形状である。
【図２３】エッチングマスクにおけるギザリ不良発生原因の概念図である。
【図２４】アディティブマスクにおけるギザリ不良発生原因の概念図である。
【図２５】印刷パターン孔の内壁中央部が凸になる不具合形状である。
【図２６】印刷パターン孔の内壁がテーパ過剰となる不具合形状である。
【図２７】散乱光源によるテーパ発生の仕組みを示す概念図である。
【図２８】散乱光源による感度の高いドライフィルムの露光形状である。
【図２９】散乱光源による感度の低いドライフィルムの露光形状である。
【図３０】印刷パターン孔の内壁に段差発生する不具合形状である。
【図３１】印刷パターン孔の内壁発生したオーバ露光現象による不具合形状である。
【図３２】印刷パターン孔が傾斜する不具合形状である。
【図３３】印刷マスクのパターン孔の良好な場合のペーストの抜け形状である。
【図３４】印刷マスクのパターン孔の不良の場合のペーストの抜け性の概念図である。
【図３５】スリット孔による印刷の不具合形状の概念図である。
【図３６】印刷パターン孔内壁にテフロン層を持つ印刷マスクの断面図である。
【図３７】テフロン微粒子とニッケルとの複合めっき製法の概念図である。
【図３８】複合めっき製法によるテフロンの状態の説明図である。
【図３９】スリット孔の場合のペーストの目詰まりの様子を示す概念図である。
【図４０】上からのスキージングによるペーストの目詰まりの傾向を示す平面概念図である。
【図４１】左からのスキージングによるペーストの目詰まりの傾向を示す断面概念図である。
【図４２】下からのスキージングによるペーストの目詰まりの傾向を示す平面概念図である。
【図４３】右からのスキージングによるペーストの目詰まりの傾向を示す断面概念図である。
【図４４】マスク版面上のペーストの挙動を示す従来説での断面概念図である。
【図４５】パターン孔端部に至ったペーストの挙動を示す従来説での断面概念図である。
【図４６】パターン孔に充填される瞬間の従来説でのメカニズム説明断面概念図である。
【図４７】充填完了時の従来説での断面概念図である。
【図４８】マスク版面上のペーストの挙動を示す観察に基づいた断面概念図である。
【図４９】パターン孔に充填されるペーストの挙動を示す断面概念図である。
【図５０】パターン孔に充填されるペーストの挙動を示す断面概念図である。
【図５１】パターン孔へのペースト充填が完了した時の断面概念図である。
【図５２】スキージの移動方向とペースト内粒子の分布密度の関係を示す概念図である。
【図５３】パターン孔の側壁に溝を持つ印刷マスクの概念図である。
【図５４】パターン孔の側壁に溝を持つ印刷マスク内での粒子と流動体溜りを示す概念図である。
【図５５】溝及びその辺縁部分の形状を示す横断面図。
【図５６】本発明にかかる溝付きエキシマレーザマスクの製造装置である。
【図５７】アディティブ製法における露光工程の概念図である。
【図５８】アディティブ製法における現像工程の概念図である。
【図５９】アディティブ製法におけるめっき工程の概念図である。
【図６０】遮光用アパーチャにより整形されたレーザ光がマスク用素材に照射される際の様子を示す図である。
【符号の説明】
２５遮光板（アパーチャ）
２７プラスチック板
５０ペースト
５０ａ粒子密度の粗の部分
５０ｂ粒子密度の密の部分
５１スキージ
５３溝
５４球形固体粒子
５５流動体溜り
５６エキシマレーザ発生装置（レーザ源）
６９整形部
７０パターン孔
７１迎え側壁[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a particle-containing paste printing mask used for forming a pattern with a viscous paste on a surface of an object to be printed using a stencil printing technique, and an apparatus for manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
As a method of soldering the board and parts in the mounting process of the electronic board, starting with soldering with a soldering iron, dipping method in which the joint is immersed in a molten solder bath, while immersing the joint surface in molten solder jetted upward by a nozzle A reflow method for passing through has been put into practical use. At present, the reflow method, which is an application of printing technology, has become the mainstream.
[0003]
Cream solder is a mixture of fine solder powder and flux, which is printed on a pad, which is a joint on the electronic board, and the lead part of the electronic component to be soldered is mounted on the solder. Using the viscosity, the components are transported while being held on the substrate and passed through a heating furnace called a reflow furnace. At that time, cream solder is dissolved and the pads of the substrate and the component leads are soldered.
[0004]
In such a reflow process, a very important one is a printing mask used for cream solder printing.
[0005]
Normal printing methods can be broadly classified into transfer types represented by letterpress, flat plate, and intaglio, and copy types represented by copying plates, stencils, and silk screens. The printing mask used for the printing of the cream solder on which is placed is a copying type printing mask.
[0006]
In this copying printing, printing methods using a stencil printing plate include an etching mask, an additive mask, a YAG laser mask, and the like, and an excimer laser mask using a plastic plate for the printing plate.
[0007]
These masks are all considered to secure the amount of paste to be printed, but the printing area is often limited by the requirements of the printing side, in which case the amount of paste is ensured. Therefore, the thickness of the mask is important.
[0008]
Therefore, a printing mask plate having a specified thickness is used.
[0009]
Thus, in order to secure the printing amount of the paste, the mask plate needs to have a certain thickness. Therefore, the thicker the mask plate or the smaller the opening area, the more the state of the inner wall of the printed pattern hole is lost. The effect on sex will increase, and the omission will become worse.
[0010]
In addition, the detachability of the paste is greatly affected by the unevenness of the cross-sectional shape of the printed pattern, the surface roughness of the inner wall, the surface energy of the inner wall surface (wetting properties, water repellency) and the like, which differ depending on the mask plate manufacturing method.
[0011]
Therefore, first, the progress of print mask manufacturing technology related to the unevenness of the cross-sectional shape of the print pattern hole and the surface roughness of the inner wall will be described.
[0012]
FIGS. 1 to 4 are conceptual diagrams showing the manufacturing method of the etching mask in cross section, and FIG. 5 is a conceptual diagram of the etching mask opened as a result.
[0013]
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a metal plate used as a plate material, most of which is stainless steel SUS304.
[0014]
Then, after removing the roll wrinkles, hairline processing, degreasing, etc., the photoresist 2 is applied, and the photo film 3 is adhered from both sides as shown in FIG.
[0015]
When the photoresist is washed and developed after a certain aging time, masking of a necessary design by the coating film of the photoresist 2 can be performed as shown in FIG. 3, while the stripped portion 5 of the photoresist is formed.
[0016]
After inspection and treatment of masking pinholes, damage, dirt, etc., and processing with an etching shower device as shown in FIG. 4, the unmasked portion of the plate material 1 is dissolved by the etching solution 6 such as ferric chloride. In a few minutes, a printed pattern hole as shown in FIG. 5 is formed. Thereafter, the photoresist is peeled off and neutralized.
[0017]
The etching mask manufactured in this manner has a convex portion 7 at the center of the printed pattern hole as shown in FIG. 5 and the surface roughness of the inner wall surface of the printed pattern hole is rough, so that it is easy to remove in paste printing. The print quality is poor.
[0018]
The additive mask manufacturing method is also called an electroforming method. FIGS. 6 to 9 are conceptual diagrams showing the additive mask manufacturing method in section, and FIG. 10 is a conceptual diagram of the printed pattern holes.
[0019]
In FIG. 6, a dry film 9 made of a photosensitive resin is laminated on the surface of a substrate 8 that becomes an electrode at the time of plating, and when the thickness is insufficient, a dry film 9 is further formed thereon via a photosensitive adhesive 10. Laminate to add thickness.
[0020]
Next, when the photomask 11 patterned as shown in FIG. 7 is brought into close contact with the dry film 9 and exposed by the exposure light source 12 and developed after a certain aging time, it is cured and insolubilized as shown in FIG. A female mold 13 having a printed pattern hole shape by a dry film remains on the substrate 8.
[0021]
When the substrate 8 with the female mold 13 is placed in an electrolytic nickel plating solution as shown in FIG. 9 and energized on the cathode side, nickel is deposited on the surface of the substrate 8 and gradually around the female mold 13 of the dry film. The deposited nickel layer 14 grows and becomes thicker.
[0022]
When the deposited nickel layer 14 reaches a predetermined thickness, it is pulled up from the plating solution, and after neutralization, the deposited nickel layer 14 is peeled off from the substrate 8 and the dry film female mold 13 is removed. Pattern holes can be obtained.
[0023]
The shape of the inner wall of the printed pattern hole is relatively flat reflecting the shape of the female mold 13 of the dry film, and the print quality is better than that of the etching mask, so that it is suitable for fine printing.
[0024]
However, sometimes, a belt-like portion having a rough surface or a step 15 as shown in FIG. 10 is generated on the inner wall surface corresponding to the portion of the photosensitive adhesive 10 to which the dry film is bonded.
[0025]
In addition, since the photosensitive adhesive 10 has a slightly low light transmittance, it is masked when the exposure time is extended to expose the bottom of the dry film 9 to the substrate side sufficiently or when it is exposed to strong light. In addition, there is a wraparound of light due to halation to the place that originally becomes a shadow, and unevenness 16 may occur on the inner wall surface of FIG.
[0026]
The irregularities 16 occur on the inner wall on the light source side with the photosensitive adhesive 10 as a boundary, and are said to be “overexposure phenomenon”, “attack phenomenon”, “break”, etc., and have a shape that impairs printability. It is.
[0027]
The YAG laser mask is a printing mask of a relatively new manufacturing method. FIGS. 11 to 13 are conceptual diagrams showing the YAG laser mask manufacturing method in cross section, and FIG. 14 is a conceptual diagram of the YAG laser mask opened as a result. .
[0028]
In FIG. 11, reference numeral 17 denotes a metal plate used as a plate material, most of which is stainless steel SUS304. This SUS304 is almost the same as the metal plate 1 used for the etching mask, but the etching mask uses a material that has been cold-rolled several times or more, whereas the YAG laser requires a large number of rolling operations. do not do.
[0029]
After removing the roll wrinkles and the like, the metal plate 17 is heated and melted by the YAG laser beam 18 but cannot be cut only by this, so the metal 20 is removed by the assist gas 19.
[0030]
FIG. 12 shows a cutting procedure. The first drilling of the through-hole 21 is called piercing. However, the machining range at this time tends to be widened, and when piercing is performed on the planned cutting line, only that portion protrudes to the outside, so as shown in the figure In addition, the piercing is performed at the portion to be removed, and then the cutting process is performed so as to join the planned cutting line.
[0031]
In the cutting with this YAG laser, as shown in FIG. 13, the melted dross 22a is fixed to the cutting edge and cannot be used as a printing mask as it is, so the dross 22a is removed by polishing the surface.
[0032]
At this time, if the occurrence of the burrs 22b in the printed pattern holes is remarkable, it may be a factor that hinders the ability of the paste to be removed during printing, so the burrs 22b may be further removed by electrolytic polishing.
[0033]
As shown in FIG. 14, the completed printed pattern hole has severe irregularities 23 on the inner wall surface, and the print quality is higher than the etching mask, but lower than the additive mask.
[0034]
Temporary CO ₂ Although a similar printing mask was attempted by laser, the thermal effect was more extensive than that of YAG laser, so the irregularities on the inner wall surface were more severe, and sufficient print quality could not be realized as a printing mask. It did not arrive.
[0035]
In this way, stencil masks are also called “metal masks” because the material of the stencil is a metal plate, except for silk screens, which is important in stencil printing of pastes. As a new mask to solve the poor adhesion with metal mask, limit of fine processing, long delivery time and high cost due to manufacturing method and material, printing pattern with excimer laser using plastic plate as plate material A device for performing hole drilling has appeared (see Japanese Patent Laid-Open No. 7-81027).
[0036]
This mask is called “excimer laser mask” when focusing on the manufacturing method, and “plastic mask” when focusing on the material of the plate. Hereinafter, although referred to as an “excimer laser mask”, FIGS. 15 to 18 are conceptual diagrams showing a method of manufacturing the excimer laser mask in cross section, and FIG. 19 is a conceptual diagram of the excimer laser mask opened as a result.
[0037]
In FIG. 15, 24 is the range of the beam light of the irradiated excimer laser. Beam light 24 is a linear YAG laser or CO ₂ The cross section of the beam light 24 of the excimer laser is a surface with respect to the laser, and this is adjusted to an arbitrary shape by the opening shape opened in the light shielding plate (aperture) 25, and the energy density that can be condensed by the lens 26 and processed. After being obtained, the plastic plate 27, which is a mask plate material, is subjected to opening processing.
[0038]
FIG. 16 is a conceptual diagram of a plastic processing principle using an excimer laser. The plastic, which is a polymer, has innumerable atoms 28 solidified by covalent bonds, but when irradiated with laser light 29 through the aperture 25 with a certain energy or more, it was stable in the trajectory of the base. Electrons are excited and leave the shared orbit and move up one orbit.
[0039]
For this reason, the covalent bond is not established as shown in FIG. 17, and the cleaved atoms 30 are scattered at a high speed. As a result, digging is performed on the plastic surface in the laser beam irradiation range.
[0040]
The amount of digging with a single laser beam irradiation is often 1 μm or less, but by repeating this process, digging at an arbitrary depth is possible and digging more than the thickness of the plastic plate of the mask material. When processed, it becomes a through hole.
[0041]
Such processing using an excimer laser is called ablation processing. At that time, the temperature of the scattered atoms can be as high as 6,000 degrees, but a series of mechanisms is completed in a short time of 20 nanoseconds, so there is no room for sufficient conduction of heat to adjacent atoms. Also say.
[0042]
As described above, the excimer laser ablation processing is easily affected by thermal, chemical, and mechanical effects and can easily perform extremely fine planar processing at the wavelength level and the atomic level.
[0043]
FIG. 18 shows the state of processing, and FIG. 19 shows the shape of the printed pattern hole obtained as a result. The processing state is very good like the inner wall surface 31, and the print quality is the above-mentioned etching mask. , Surpassing additive masks and YAG laser masks.
[0044]
20 to 32 are cross-sectional views of a defective shape with poor paste removal caused by such a printing mask manufacturing method, and an explanatory diagram of the cause of the occurrence.
[0045]
Fig. 20 shows a defect shape with rounded edges of the printed pattern holes. For example, when the punch press side of a punch press mask that has been produced for a period of time or when excessive time is required to remove burrs and burrs by electrolytic polishing. Occur. Compared to a mask with a good edge, it is inferior in the filling property of the paste, and the omission property is deteriorated.
[0046]
FIG. 21 shows a defect shape with burrs on the upper or lower edge of the printed pattern hole, which is generated on both the front and back surfaces by the DAG polishing of the YAG laser mask and on the die side of the punch press mask. It is also a shape that deteriorates the slip-out property.
[0047]
FIG. 22 shows a defect shape called “zigzag” in which irregular concave portions are generated at the edge of the edge of the printed pattern hole. As shown in FIG. 23, the mask is masked by the etchant 6 during the etching mask manufacturing process. This occurs when the photoresist 2 for printing is partially peeled off from the metal plate 1 for printing, and may occur on both the front and back sides.
[0048]
In addition, as shown in FIG. 24, the periphery of the minute print pattern hole of the additive mask may be protected by a mask 32 for limiting the etching range, and half-etching may be performed to reduce the mask thickness by etching.
[0049]
If the filling of the resin 33 for protecting the inner wall of the printed pattern hole performed at this time is insufficient, the etchant oozes into the gap generated between the inner wall and the resin as shown in FIG. 24, and the ridge line 34 at the edge of the printed pattern hole is etched. It is etched by the liquid and becomes gritty. This also causes inferior paste filling and detachability.
[0050]
FIG. 25 shows a typical defect shape in an etching mask in which the central portion of the inner wall of the printed pattern hole has a convex shape. As shown in the manufacturing method of FIG. 1 to FIG. 4, the exposed metal plate 1 is exposed by etching away from the front and back of the metal plate 1, and the exposed metal plate 1 is dug into a pan-bottom mold with the center of the exposed part deep and the peripheral part shallow. To go.
[0051]
Therefore, when the etching holes proceeding from both the front and back surfaces become continuous holes, the central convex portion 7 shown in FIGS. 5 and 25 is generated. This shape hinders the passage of the paste and impairs the ability to escape. Further, since the inner wall surface is etched by etching, the surface roughness is rough, and the print quality is further deteriorated.
[0052]
Although it is the etching mask that was most practically used as the metal mass 7, the print quality is inferior to any of the YAG laser mask, additive mask, and excimer laser mask, and is not suitable for precise printing.
[0053]
FIG. 26 shows an excessively tapered defect shape generated in the additive mask. FIGS. 6 to 9 show the manufacturing method of the additive mask. In the exposure process of FIG. 7, when a light source 35 that scatters as shown in FIG. It becomes a cross-sectional shape.
[0054]
If the printed pattern hole inner wall of the printing mask is vertical, the printability is determined by the tacking force of the paste on the printed material and the shear between the inner wall of the mask and the paste that tries to peel the paste from the surface of the printed material according to the separation of the plate. Determined by stress.
[0055]
However, as the inner wall tapers, the tacking force between the inner wall surface and the paste increases, and counters the tacking force between the surface of the substrate to be printed and the paste, thereby deteriorating the detachability.
[0056]
FIG. 27 is a conceptual diagram of exposure with the scattering light source 35. The light incident from the transparent pattern portion of the photomask 11 is a portion 36 where the light from the light source 35 does not reach the dry film 9 at all. Differences in exposure conditions occur between a portion 37 where some light reaches and a portion 38 where all light reaches.
[0057]
In particular, in the portion 37 where some light reaches, the amount of light on the side close to the portion 36 where no light reaches is small, and on the side close to the portion 38 where all light reaches, much exposure is performed, so the exposure conditions are continuous. Has changed.
[0058]
If the dry film 9 exposed under such a scattering light source has a high exposure sensitivity, the dry film 9 has a cured and insolubilized shape including the area 37 where light can reach as shown in FIG. 28, and the exposure sensitivity is low. Then, as shown in FIG. 29, the shape does not include the range of the part 37 where a part of light reaches.
[0059]
In order to cope with such an excessive taper shape, in order to perform exposure with parallel light, a honeycomb structure shielding plate is placed in the middle of the optical path to shield only oblique light from the inner wall surface of the honeycomb, or an ultraviolet lamp of the light source is released. Due to improvements such as the installation of the mirror at the focal point of the object mirror and the use of the parallel reflected light, the excessive taper shape has now been reduced.
[0060]
FIG. 30 shows a defect shape in which the step 15 is generated on the inner wall of the print pattern hole, which is unique to the additive mask.
[0061]
In the above-described additive mask manufacturing method, as shown in FIG. 6, a plurality of dry films 9 are laminated with a photosensitive adhesive 10 to cope with the thickness of the mask. If there is a difference in the photosensitivity of the film or the solubility during development, a step 15 as shown in FIGS. 10 and 30 occurs. This shape is also a defective shape that hinders the ability to remove the paste.
[0062]
In response to this, a thicker dry film has been provided, and it is becoming easier to avoid the use of the photosensitive adhesive 10.
[0063]
FIG. 31 is also a problem caused by laminating the dry film 9 with the photosensitive adhesive 10 in the shape called “overexposure phenomenon”, “attack phenomenon”, “comb” 57 ′, etc., which is peculiar to the additive mask. .
[0064]
When the laminated dry film is exposed, the exposure is performed as shown in FIG. 7 in an upside down manner as shown in FIG. 31. However, when the thickness of the mask to be manufactured is thick, the light transmittance at the portion of the photosensitive adhesive 10 is increased. Because it is bad, there is a risk that the bottom of the dry film will not be fully exposed.
[0065]
To cope with this, long exposure or large light exposure is performed. If this is excessive, the shadow portion shielded by the photomask is exposed by halation in the dry film, resulting in irregularities 16 on the inner wall surface. The unevenness 16 is also a factor that hinders the removal of the paste.
[0066]
FIG. 32 shows a problem that occurs in the etching mask. 2. Description of manufacturing method As shown in FIG. 2, two photo films 3 are used for the exposure of the etching mask. Usually, alignment marks called register marks are set on the photo film, whereby the upper and lower films are formed. Adjust the position so that it does not slip, and stick it together in a bag and use it.
[0067]
If the manufacturing is performed with the alignment being shifted, such an inclined printed pattern hole shape is generated in the etching mask. This defect not only deteriorates the ability to remove the paste, but also varies the print quality depending on the moving direction of the squeegee.
[0068]
FIG. 33 is a conceptual diagram showing paste removal when the pattern hole cross-sectional shape of the printing mask is good, and FIG. 34 is a conceptual diagram showing the removal property when the pattern hole cross-sectional shape is poor.
[0069]
FIG. 35 is a conceptual diagram showing the defect shape due to the difference in the ability to remove the paste in the printing of the slit hole shape.
[0070]
The defect “no paste” in FIG. 35 is that the paste could not be removed from the print pattern holes and was not printed on the surface of the printing material. “Paste missing” is a partially clogged portion of the printed pattern hole that is poorly removable.
[0071]
“Make-up” means that the shear stress caused by the poor detachment on the mask side when separating the plate and the tacking force on the surface of the printed material pull the paste, and once the paste is partially peeled off from the surface of the printed material, After that, it has fallen to the surface of the printed material, and in many cases, the paste deviates from the position where printing is desired.
[0072]
There are many ways to describe “tsu”, such as “saddle-shaped”, “saddle”, and “threading”. However, if the pattern hole part with poor detachment pulls the surface of the substrate to be printed and the paste when separating the plate, Due to the stringiness, it becomes a defective shape as shown in the figure.
[0073]
“Bridge” has a more severe degree of “one” and is called “short” when the adjacent pattern is in contact with the defective paste shape, especially when the paste is used for electrical circuit formation. There is.
[0074]
In the above, the print pattern hole formation technology of the mask has been described from the viewpoint of print quality. It has been found that it also depends on wettability and water repellency.
[0075]
Therefore, when a printing mask having a Teflon coating layer 44 on the inner wall of the printing pattern hole as shown in FIG. 36 or a printing mask plate by the additive method as shown in FIG. 37, the Teflon is used in the electrolytic nickel plating solution 45 to be used. A printing mask by a “composite plating method” has been proposed in which a part of the Teflon fine particles 46 are dispersed and exposed on the plating surface as shown in FIG.
[0076]
These printing masks have not been widely used due to their high price, but their removal has been greatly improved.
[0077]
However, in addition to the improvement in the cross-sectional shape of the opening, the printed pattern hole shape is fine and the slit shape 47 as shown in FIG. In this case, the paste tends to clog the corners at both ends of the hole.
[0078]
This is because the ratio of the inner wall area of the corner portion is large with respect to the tacking area between the surface of the substrate to be printed and the paste, and the shear stress that tries to peel off the paste when the plate is released is the largest at the corner portion.
[0079]
From this, it can be seen that the shear stress has not been completely removed by the water-repellent processing on the inner wall of the printed pattern hole of the current printing mask.
[0080]
40 and 41 are plan and sectional conceptual views in the same printing, and show examples of paste clogging tendency. When the printing pattern holes of the round shape 48, the square shape 49, and the slit die 47 are formed on the printing mask and the paste 50 containing spherical particles is printed, the squeegee 51 is downward from the top in FIG. 40 and from left to right in FIG. When squeezing is performed, the paste 50 tends to clog the lower pattern hole side wall in FIG. 40 and the right pattern hole side wall in FIG.
[0081]
This depends on the squeegeeing direction. The squeezing direction is from bottom to top in FIG. 42 and from right to left in FIG. 43. In both cases, the paste 50 is applied to the pattern hole side wall in front of the squeegee in the traveling direction. Easy to clog.
[0082]
44 to 47 show a mechanism for filling a printed pattern hole with paste, which has been conventionally described.
[0083]
In FIG. 44, when the squeegee squeezes the paste placed on the printing mask in the right direction, the paste pressed from the back while sticking to the mask plate surface is rolled in the right direction as indicated by the arrow in FIG. When the print pattern hole is advanced, the paste is sequentially filled from the front side of the opening as shown in FIGS. 45, 46 and 47.
[0084]
However, when actually observed, the filling mechanism was as shown in FIGS.
[0085]
48 to 51, when the squeegee is squeezed to the right in the figure, the paste placed on the printing mask is slipping on the printing mask plate surface while rolling.
[0086]
In FIG. 48, the paste reaches before the opening. In the conventional explanation, the paste should be filled in the printed pattern hole after this, but actually, even if the paste crosses the pattern hole opening, it does not fill the opening.
[0087]
In FIG. 49, when the tip of the paste reaches the opening edge on the front side in the traveling direction of the squeegee and slips further forward, the bottom of the paste is caught on the front edge and is filled from the bottom. Begins.
[0088]
The paste filled in the opening retains the bottom of the paste passing through the upper part of the pattern hole, and the retained paste is pushed by the paste coming from behind and swells downward. The inside of the opening is filled.
[0089]
In this way, the paste is completely filled into the space in the opening before the squeegee passes over the printed pattern hole.
[0090]
Further, when the state of the filled paste was observed, as shown in FIG. 52, a portion 50a having a coarse particle density was found in the space in the opening on the rear side with respect to the traveling direction of the squeegee. The portion in contact with the side wall on the front side has a dense particle portion 50b, and a difference in particle distribution occurs.
[0091]
The dense portion of the particle distribution coincides with the distribution of the paste containing the spherical solid that clogs the pattern hole side wall in the forward direction of the squeegee in FIGS. There is a correlation between the omission of the paste at the time.
[0092]
This correlation is explained by the surface energy associated with wettability. Paste containing solid particles retains the properties of the paste by filling between the contained particles with a viscous liquid. However, if the ratio of viscous liquid to solid particles is high, the viscosity of the paste as a whole decreases and fluidizes. It becomes easy.
[0093]
Conversely, when the ratio of the viscous liquid decreases, the viscosity becomes high and the shape retention tendency increases.
[0094]
This is because the viscous liquid between solid particles functions as a lubricant between particles above a certain content, but conversely, when the content falls below a certain content, the surfaces of the solid particles and the viscous liquid wet each other. At the same time, the particles are attracted by the surface tension of the viscous liquid, so that the solid particles are restrained from each other by the viscous liquid and become difficult to move.
[0095]
This mechanism works not only between the solid particles but also between the solid particles and the side wall of the printed pattern hole. Therefore, the paste with a low solid particle density and high viscosity liquid ratio filled in the space inside the opening on the rear side with respect to the direction of squeegee travel is It is also fluid and slippery with respect to the side wall, and as a result, it becomes a part with good detachability.
[0096]
On the other hand, a paste with a high solid particle density and a low viscosity liquid ratio that is in contact with the side wall of the opening on the front side in the direction of travel of the squeegee is non-fluid and non-slipable with respect to the side wall, resulting in a poorly removable part.
[0097]
To date, countermeasures have been taken against the poor detachability caused by the shape of the inner wall of the printed pattern hole, the poor detachability caused by the surface roughness of the inner wall surface, and the poor detachability caused by the lubricity of the inner wall surface. Although there has been no effective countermeasure against the variation in the detachability of the solid particle-containing paste that correlates with the squeezing direction, and there is an increasing demand for fine printing, a new countermeasure technology is required. Yes.
[0098]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in stencil printing using a stencil, various measures have been taken to secure the omission property, which has been a problem in the past, but it is still not possible to deal with clogging that correlates with the squeezing direction. There is no effective countermeasure and an immediate response is desired.
[0099]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a particle-containing paste printing mask and a manufacturing apparatus therefor that are less likely to cause clogging correlated with the squeezing direction as described above.
[0100]
[Means for Solving the Problems]
The invention according to claim 1 is a printing mask having a pattern hole for printing, which is rubbed with a squeegee on the mask placed on the surface of the printing material, and contains spherical particles in the viscous fluid. The viscous material is spread and spread, and the viscous material is then filled in the pattern hole, and then the printing mask is released to transfer the viscous material to the surface of the substrate in a pattern shape corresponding to the patterned hole. In the particle-containing paste printing mask used in the process, grooves having a width slightly smaller than the diameter of the spherical particles are provided at predetermined intervals on the entire side wall of the pattern hole provided in the printing mask. Is extended in the thickness direction of the printing mask.
[0101]
That is, a groove is provided on the side wall of the pattern hole to ensure slippage between the viscous body containing the spherical particles filled in the pattern hole and the side wall of the pattern hole, and the viscous flow contained in the viscous body is included in the groove. Let the body accumulate. The viscous fluid is made to act as a lubricant.
[0102]
The invention according to claim 2 is characterized in that the cross-sectional shape of the groove is any one of a triangular shape, a rectangular wave shape, a sine wave shape, a semicircular shape, and an elliptical shape.
[0103]
According to a third aspect of the present invention, there is provided a laser source that emits excimer laser light, an aperture having a side wall formed in a cross-sectional shape of the groove, and a shaping hole that shapes the excimer laser light into a predetermined shape, or a reflecting surface Including a shaped reflection surface formed in a cross-sectional shape of the groove, and having a shaped reflection surface that shapes and reflects the excimer laser light into a predetermined shape, and masks the shaped excimer laser light. The pattern hole for printing is formed by irradiating the material.
[0104]
That is, when forming a mask having a groove on the side wall of the pattern hole, the excimer laser beam is shaped into the shape of the pattern hole by the aperture or mirror, and the groove shape is formed on the shaping reflection surface of the aperture or mirror. And the groove is formed simultaneously with the formation of the pattern hole.
[0105]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Since the present invention is more useful for fine printing, which was difficult with a conventional printing mask, it is desirable to combine it with a mask that has already been printed in normal printing with good print quality, and an etching mask or YAG laser with poor print quality. Not familiar with masks. Therefore, embodiments of the present invention in an additive mask and an excimer laser mask will be described below.
[0106]
In the method of forming the pattern hole shape of the printing mask according to the present invention by the additive manufacturing method, FIGS. 7 and 57 show the schematic structure of the exposure process, FIGS. 8 and 58 show the development process, and FIGS. 9 and 59 show the plating process.
[0107]
In the exposure process shown in FIGS. 7 and 57, a photosensitive dry film 9 is laminated to a necessary thickness on a substrate 8 which is an electrode substrate for electrolytic plating, and a design to be formed on the surface for determining an exposure shape is formed on a transparent portion. When the photomask 11 designed separately for the light shielding part is brought into close contact by vacuum suction or the like and exposed by a parallel ultraviolet light source 12 such as an upper high pressure mercury lamp, a latent image as designed by the photomask 11 is formed on the dry film 9. can get.
[0108]
At this time, in order to form the groove according to the present invention on the pattern hole side wall of the printing mask, the uneven pattern 64 for forming the groove shape is used as a design of the photomask 11.
[0109]
Further, in the development process of FIGS. 8 and 58, when a predetermined development is performed with the photosensitive resin developer 65 to visualize the latent image, the plating pattern hole plating female mold 66 according to the present invention is obtained on the substrate 8. .
[0110]
9 and 59, the substrate 8 with the plating female mold 66 is connected to the negative side of the electroplating power source 67, and the electroforming nickel anode 68 is connected to one positive side. When immersed in the electrolytic plating solution 45 and energized for a certain period of time and plated with a necessary thickness, a metal plate for a printing metal mask having a groove shape with a printing pattern according to the present invention is obtained by the additive manufacturing method. It is done.
[0111]
Thereafter, the metal plate is peeled off from the substrate, and the plating female mold 66 is dissolved and removed, and then bonded to the printing frame via a tension applying film made of polyester or nylon, thereby completing a printing mask. .
[0112]
On the other hand, the following is a method of forming the pattern hole shape of the printing mask according to the present invention by using an excimer laser mask. FIG. 56 is a diagram showing a schematic configuration of an apparatus for forming a grooved excimer laser mask according to the present invention. An excimer laser generator 56 that emits excimer laser light (hereinafter simply referred to as laser light), a prism or mirror 57 (57a, 57b, 57c) that changes the optical path of the laser emitted from the excimer laser generator 56, A homogenizer for uniformizing the intensity distribution of the laser beam, a beam adjusting unit 58 having a beam expander or beam compressor for reducing / enlarging the length and minor axis of the laser beam, and a light blocking aperture for making the laser beam into a predetermined pattern Alternatively, a beam forming unit 59 of a reflection mirror, a condensing lens 60 for condensing laser light, It has a stage 61 that holds a plastic plate of a disk material and moves it in the XYZ axis direction, a control unit 62 that controls the positioning of the aperture stage and the excimer laser generator 56, and a camera 63 for an observation optical system. ing.
[0113]
FIG. 60 is a diagram showing a state in which the plastic plate of the mask material is irradiated with the laser light shaped by the light blocking aperture or the beam forming unit 59 of the reflecting mirror in FIG.
[0114]
The beam forming unit 59 is provided with a plurality of shaping holes 69 corresponding to the pattern holes. Of course, the number of shaping holes may be one, and is set according to the pattern to be formed as appropriate.
[0115]
On the inner peripheral side wall of the shaping hole 69, a groove having a magnification that is the reciprocal of the reduction ratio of the condenser lens 60 is provided. Therefore, a groove 53 is also formed in the pattern hole of the mask formed by the beam forming portion 59 as shown in FIG.
[0116]
The width of the groove 53 is set to be slightly smaller than the particle diameter contained in the paste filled in the putter hole.
[0117]
In such a configuration, the energy intensity distribution of the cross section of the laser beam emitted from the excimer laser generator 56 is strong in the central portion and weak in the peripheral portion, and the distribution is non-uniform. When this non-uniformity adversely affects processing, the homogenizer of the beam adjustment unit 58 may be used for homogenization.
[0118]
In addition, the cross-sectional shape of the emitted laser light is often a rectangle with slightly rounded corners, and when this shape adversely affects processing, the long and short diameter dimensions of the laser light are also measured by the beam compressor of the beam adjusting unit 58. Is reduced or expanded by a beam expander to adjust to the required beam.
[0119]
After that, the laser light whose optical path is adjusted so as to be perpendicularly incident on the mask 59 by the prism or mirror 57 (57a, 57b, 57c) is shaped by the light forming aperture 59 or the beam forming part 59 of the reflecting mirror, and is collected by the condenser lens. 60 is projected.
[0120]
The projected laser beam has an increased energy density per unit area and can exceed the energy density necessary for the ablation process specific to each material, so that pattern holes are formed in the mask. The
[0121]
When the pattern hole is formed in the mask, the control unit 62 positions the light shielding aperture or reflection mirror beam forming unit 59 and the stage 61, and processes the next pattern hole.
[0122]
In the present invention, a groove is provided on the side wall of the pattern hole. Since the interval between the adjacent grooves is very small, if the aperture or mirror pattern of the forming part 59 and the processing shape of the mask are equal, the forming part Creating 59 apertures or mirrors is difficult and costly.
[0123]
However, since the apparatus is reduced and projected by the condenser lens 60 as described above, the pattern formed on the light blocking aperture or the beam forming portion 59 of the reflection mirror may be larger by a reciprocal of the reduction ratio. And the manufacturing cost of the mirror can be reduced, so that the manufacturing cost of the printing mask can also be reduced.
[0124]
In addition, it is difficult for ablation to occur with excimer laser light, and if the mask material contains fine particles having a diameter matching the width of the groove 53, the mask base material is not processed in the shadow of the fine particles. The groove 53 can be formed naturally.
[0125]
In this manufacturing method, variations such as the pitch and depth of the groove arrangement occur, but it is not necessary to provide the groove 53 in the shaping hole 69 depending on the application.
[0126]
Next, the operation principle of the present invention will be described. Conventionally, by reducing the shear stress between the side wall of the printing mask and the filled particle-containing paste 50, the side wall surface is made as much as possible so that the paste does not remain in the pattern hole 70 when the printing mask is released. It was smooth.
[0127]
However, as a result of observing in detail the clogging state of the paste and how the paste is filled in the pattern holes, the present inventor has found the following.
[0128]
In other words, the paste clogged when the plate is separated tends to remain on the side wall (hereinafter referred to as the “attacking side wall”) where the inner wall faces the sliding squeegee directly facing, and this tendency includes particles in the pattern holes. This was closely related to the mechanism by which the paste 50 was filled.
[0129]
This will be described with reference to FIGS. 48 to 51, in which a mechanism for filling the pattern hole 70 with the particle-containing paste 50 is described. The arrows in the figure indicate the movement of the particle-containing paste 50.
[0130]
48 to 51, the solid particle-containing paste 50 that is pushed and moved by the sliding squeegee 51 slips and moves forward while rolling on the mask plate surface.
[0131]
In FIG. 48, the paste reaches the pattern hole 70, but after that, even if the paste 50 crosses over the opening of the pattern hole 70, it is not filled into the opening. In FIG. The bottom of the paste is caught on the edge of the front-facing side wall 71, and the filling starts as if the paste 50 is scraped off from below with a plane.
[0132]
The paste 50 filled in the opening of the pattern hole 70 retains the bottom of the paste 50 passing through the upper part of the pattern hole 70. Furthermore, the retained paste 50 is pushed by the paste coming from behind. , The opening is filled so as to swell downward.
[0133]
Thus, the paste finally fills the space in the opening until the squeegee passes over the printed pattern hole.
[0134]
As shown in FIG. 52, the state of this filled paste is as follows. In the space in the opening on the rear side with respect to the direction of travel of the squeegee, a coarse portion 50a having a solid particle density is present. A portion in contact with the side wall includes a dense portion 50b having a solid particle density, and a difference in particle distribution occurs.
[0135]
When the paste containing solid particles such as the paste is pressed against the incoming side wall, the solid particle density is increased toward the incoming side wall 71a, but the liquid component in the paste is easily applied to the opposite side wall 71b. Since it can move, such a density distribution is generated as it is squeezed out.
[0136]
As a result, when separating the plate, the side wall 71b side where the content ratio of the liquid component in the paste is large and the particle density is small, the liquid component functions as a lubricant, so the shear stress with the side wall is reduced, Omitting property is improved.
[0137]
On the other hand, when the solid particle density is high, there are few liquid components that serve as lubricants, and when the gaps between solid particles are small, the liquid components that function as lubricants are constrained by their wettability due to surface energy. Attract particles and start restraining movement.
[0138]
In this way, the fluidity of the portion where the solid particle density is high is lost, and a phenomenon occurs in which the solid particles are constrained and attracted even in the gap between the solid particles and the inner wall surface. As a result, clogging of solid particles frequently occurs at the portion of the side wall 71a.
[0139]
In this way, rather than the density of solid particles in the paste due to the filling mechanism, the opposite phenomenon of promoting pull-out on the one hand and inhibiting the pull-out on the other is generated.
[0140]
Therefore, even if a high-density portion is generated in the solid particles dispersed in the paste, the liquid component in the paste serves as a lubricant, and the solid particles or solid particles lose their fluidity between the lump and the side wall 71. If present, clogging of the solid particles can be prevented.
[0141]
Therefore, in the present invention, a groove slightly smaller than the particle size of the solid particles is extended and formed on the side wall of the pattern hole in the thickness direction of the printing mask so that the liquid component in the paste accumulates as a lubricant in the groove. In addition, the side wall shape without unevenness is maintained with respect to the direction in which the paste is removed.
[0142]
As a result, the tendency of clogging of the paste that has occurred due to the squeegee direction can be prevented, and the solid particle-containing paste filled in the pattern holes 70 can be prevented from remaining even if the plate separation speed is increased. Printing is possible.
[0143]
In the above description, the cross-sectional shape of the edge of the groove 53 has been described as a triangular shape, but the present invention is not limited to this, and the rod shape, rectangular wave shape, sine wave shape, half-wave shape shown in FIG. Circular, elliptical, etc. are possible.
[0144]
In this case, in a triangular shape or a rod shape, it is desirable that the corner portion is rounded and chamfered from the viewpoint of protecting the shape from wear and increasing durability.
[0145]
【The invention's effect】
According to the present invention, since the groove having a width smaller than the solid particle diameter is provided on the side wall of the pattern hole, the shear stress is reduced, and the solid particle-containing paste does not remain in the pattern hole when the plate is separated. It has become possible to form a paste pattern having a simple shape on the surface of a substrate.
[0146]
Further, when forming a mask having a groove on the side wall of the pattern hole, it is shaped into the shape of the printed pattern hole by the photomask 11 in the additive mask and by the aperture in the excimer laser mask, and at the same time, the photomask Since the groove forming pattern is also added to the shaping shape of the aperture 11 or the aperture so that the groove can be formed simultaneously with the formation of the printing pattern hole, a high-quality printing mask can be manufactured at a low cost. It was.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a conceptual cross-sectional view after applying a photoresist in an etching mask manufacturing method.
FIG. 2 is a conceptual diagram of exposure in a manufacturing method of an etching mask.
FIG. 3 is a conceptual diagram of development in an etching mask manufacturing method.
FIG. 4 is a conceptual diagram of etching processing in a manufacturing method of an etching mask.
FIG. 5 is a conceptual diagram of an etching mask opened as a result of etching.
FIG. 6 is a conceptual diagram of dry film lamination in an additive mask manufacturing method.
FIG. 7 is a conceptual diagram of exposure in an additive mask manufacturing method.
FIG. 8 is a conceptual diagram of development in an additive mask manufacturing method.
FIG. 9 is a conceptual diagram of plating in an additive mask manufacturing method.
FIG. 10 is a conceptual diagram of an additive mask opened as a result of additive processing.
FIG. 11 is a conceptual diagram of a cutting method in the manufacturing method of a YAG laser mask.
FIG. 12 is a conceptual diagram showing a cutting procedure in a manufacturing method of a YAG laser mask.
FIG. 13 is a conceptual cross-sectional view of a cut shape of a YAG laser mask.
FIG. 14 is a concept of a YAG laser mask opened as a result of cutting with a YAG laser.
FIG. 15 is a conceptual diagram showing a processing principle of an excimer laser mask.
FIG. 16 is a conceptual diagram showing the principle of ablation processing using an excimer laser.
FIG. 17 is a conceptual diagram of excavation processing by ablation.
FIG. 18 is a conceptual diagram of planar processing with an excimer laser.
FIG. 19 is a concept of an excimer laser mask opened as a result of excimer laser processing.
FIG. 20 shows a defective shape with rounded printed pattern hole edges.
FIG. 21 shows a defective shape having burrs on the edge of the upper surface or the lower surface of the printed pattern hole.
FIG. 22 shows a defect shape with a crease on the edge of the upper surface or the lower surface of the printed pattern hole.
FIG. 23 is a conceptual diagram of a cause of occurrence of a jagged defect in an etching mask.
FIG. 24 is a conceptual diagram of a cause of occurrence of a jagged defect in an additive mask.
FIG. 25 shows a defective shape in which the central portion of the inner wall of the printed pattern hole is convex.
FIG. 26 shows a defective shape in which the inner wall of the printed pattern hole is excessively tapered.
FIG. 27 is a conceptual diagram showing a mechanism of taper generation by a scattered light source.
FIG. 28 is an exposure shape of a dry film with high sensitivity by a scattered light source.
FIG. 29 is an exposure shape of a dry film with low sensitivity by a scattered light source.
FIG. 30 shows a defect shape in which a step is generated on the inner wall of the print pattern hole.
FIG. 31 shows a defective shape due to an overexposure phenomenon that occurs on the inner wall of a printed pattern hole.
FIG. 32 shows a defective shape in which the print pattern hole is inclined.
FIG. 33 shows the shape of the paste that is removed when the pattern hole of the printing mask is good.
FIG. 34 is a conceptual diagram of paste removal when the pattern hole of the printing mask is defective.
FIG. 35 is a conceptual diagram of a defective shape of printing by a slit hole.
FIG. 36 is a cross-sectional view of a printing mask having a Teflon layer on the inner wall of a printing pattern hole.
FIG. 37 is a conceptual diagram of a method for producing a composite plating of Teflon fine particles and nickel.
FIG. 38 is an explanatory diagram of a state of Teflon by a composite plating method.
FIG. 39 is a conceptual diagram showing the state of clogging of paste in the case of slit holes.
FIG. 40 is a schematic plan view showing the tendency of paste clogging due to squeezing from above.
FIG. 41 is a conceptual cross-sectional view showing the tendency of paste clogging due to squeezing from the left.
FIG. 42 is a conceptual plan view showing the tendency of paste clogging due to squeezing from below.
FIG. 43 is a conceptual cross-sectional view showing the tendency of paste clogging due to squeezing from the right.
FIG. 44 is a conceptual sectional view in the conventional theory showing the behavior of the paste on the mask plate surface.
FIG. 45 is a conceptual sectional view in the conventional theory showing the behavior of the paste reaching the pattern hole end.
FIG. 46 is a conceptual cross-sectional view explaining the mechanism in the conventional theory at the moment when the pattern hole is filled.
FIG. 47 is a conceptual cross-sectional view of the conventional theory when filling is completed.
FIG. 48 is a conceptual cross-sectional view based on observations showing the behavior of the paste on the mask printing plate.
FIG. 49 is a conceptual cross-sectional view showing the behavior of the paste filled in the pattern holes.
FIG. 50 is a conceptual cross-sectional view showing the behavior of the paste filled in the pattern holes.
FIG. 51 is a conceptual cross-sectional view when the paste filling into the pattern hole is completed.
FIG. 52 is a conceptual diagram showing the relationship between the moving direction of the squeegee and the distribution density of the particles in the paste.
FIG. 53 is a conceptual diagram of a printing mask having grooves on the side walls of pattern holes.
FIG. 54 is a conceptual diagram showing particles and fluid accumulation in a printing mask having grooves on the side walls of the pattern holes.
FIG. 55 is a cross-sectional view showing the shape of the groove and its peripheral portion.
FIG. 56 is an apparatus for manufacturing a grooved excimer laser mask according to the present invention.
FIG. 57 is a conceptual diagram of an exposure process in the additive manufacturing method.
FIG. 58 is a conceptual diagram of a developing process in the additive manufacturing method.
FIG. 59 is a conceptual diagram of a plating step in the additive manufacturing method.
FIG. 60 is a diagram showing a state when the mask material is irradiated with the laser light shaped by the light blocking aperture.
[Explanation of symbols]
25 Shading plate (aperture)
27 Plastic plate
50 paste
50a Coarse part of particle density
50b Dense part of particle density
51 Squeegee
53 Groove
54 Spherical solid particles
55 Fluid reservoir
56 Excimer laser generator (laser source)
69 Orthopedics
70 pattern holes
71 Welcome side wall

Claims

印刷用のパターン孔を備えた印刷マスクであって，被印刷物表面上に載置された当該マスク上をスキージで摺擦し，粘性流動体に球状粒子を含有してなる粘性体を塗り広め，これにより前記パターン孔に当該粘性体を充填し，その後当該印刷マスクを版離れさせることにより，前記粘性体を被印刷物表面に前記パターン孔に対応したパターン形状で転写する際に用いられる粒子入ペースト用印刷マスクにおいて，
前記印刷マスクに設けられたパターン孔の側壁に，前記球状粒子の径よりわずかに小さい巾の溝が所定間隔で設けられ，かつ，当該溝が印刷マスクの厚み方向に延設されてなることを特徴とする粒子入ペースト用印刷マスク。A printing mask having a pattern hole for printing, which is rubbed with a squeegee on the mask placed on the surface of the substrate to be coated and spread with a viscous material containing spherical particles in the viscous fluid, Thus, the paste containing particles used for transferring the viscous material to the surface of the printed material in a pattern shape corresponding to the pattern holes by filling the pattern holes with the viscous material and then releasing the printing mask. Printing masks,
Grooves having a width slightly smaller than the diameter of the spherical particles are provided at predetermined intervals on the side walls of the pattern holes provided in the printing mask, and the grooves extend in the thickness direction of the printing mask. A printing mask for paste containing particles.

前記溝の横断面形状が，三角形状，矩形波形状，正弦波形状，半円形状，楕円形状の内のいずれかであることを特徴とする請求項１記載の粒子入ペースト用印刷マスク。2. The particle-containing paste printing mask according to claim 1, wherein a cross-sectional shape of the groove is any one of a triangular shape, a rectangular wave shape, a sine wave shape, a semicircular shape, and an elliptical shape.

エキシマレーザ光を出射するレーザ源と，側壁が前記溝の横断面形状に形成されて前記エキシマレーザ光を所定形状に整形する整形孔を具備したアパーチャ，又は反射面の周囲が前記溝の横断面形状に形成された整形反射面を具備して，前記エキシマレーザ光を所定形状に整形して反射する整形反射面を有して，整形されたエキシマレーザ光をマスク材に照射することにより請求項１又は２記載の印刷用のパターン孔を形成する粒子入ペースト用印刷マスクの製造装置。A laser source that emits excimer laser light, an aperture having a side wall formed in a cross-sectional shape of the groove, and a shaping hole that shapes the excimer laser light into a predetermined shape, or a periphery of the reflecting surface is a cross-section of the groove A shaped reflection surface having a shaped reflection surface formed in a shape, having a shaped reflection surface that shapes and reflects the excimer laser light into a predetermined shape, and irradiating the mask material with the shaped excimer laser light. An apparatus for producing a printing mask for particle-containing paste that forms a pattern hole for printing according to 1 or 2.