CN109641248B - 金属掩模用原材料及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种抑制蚀刻后的形状变化，并且在获得良好的抗蚀剂密接性及蚀刻加工性方面较佳的金属掩模用原材料及其制造方法。一种金属掩模用原材料，轧制方向上的表面粗糙度及与轧制方向正交的方向上的表面粗糙度均为0.05μm≤Ra≤0.25μm，Rz≤1.5μm，所述金属掩模用原材料中，与轧制方向正交的方向上的偏度Rsk为0以上，自所述金属掩模用原材料切取长度150mm、宽度30mm的试样，对所述试样从单侧进行蚀刻，除去所述试样的板厚的60％时的翘曲量为15mm以下，板厚为0.10mm以上且0.5mm以下。
Description
技术领域
本发明涉及一种金属掩模(metal mask)用原材料及其制造方法。
背景技术
例如在有机电致发光(Electro-Luminescence，EL)显示器的制作中，为了对基板进行蒸镀以生成彩色图案(color patterning)，而使用金属掩模。此种金属掩模中，作为制作开孔部的方法之一，已知对Fe-Ni合金的薄板进行蚀刻加工的方法。为了提升所述蚀刻特性，进行了各种提案。例如，在专利文献1中，为了能够形成高精细的蚀刻图案，而记载了一种蚀刻加工用原材料，其特征在于，在与轧制方向成直角的方向上测定的表面粗糙度为Ra：0.08μm～0.20μm，在轧制方向上测定的表面粗糙度为Ra：0.01μm～0.10μm，且在与轧制方向成直角的方向上测定的表面粗糙度与在轧制方向上测定的表面粗糙度相比，以Ra计而超出0.02μm，具有粗糙的表面粗糙度。而且在专利文献2中，记载了通过对轧制面的晶体取向(111)、晶体取向(200)、晶体取向(220)、晶体取向(311)的X射线衍射强度进行调整，而提升了蚀刻性的金属掩模材料。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2010-214447号公报
专利文献2：日本专利特开2014-101543号公报
发明内容
发明所要解决的问题
为了制作高精细的有机EL显示器等产品，需要在所使用的掩模中形成更高精度的图案。因此，除了可均匀地进行蚀刻的表面，也要求为了抑制侧面蚀刻(side etching)而进一步提升抗蚀剂与原材料的密接性。专利文献1、专利文献2分别为在提升蚀刻加工性方面优异的发明，但关于也同时提升密接性的方面，尚有进一步研究的余地。
本发明的目的在于提供一种抑制蚀刻后的形状变化，并且在获得良好的抗蚀剂密接性及蚀刻加工性方面较佳的金属掩模用原材料及其制造方法。
解决问题的技术手段
本发明人等为了达成所述目的，对化学组成、表面粗糙度、残留应力等对蚀刻加工具有影响的各种因素进行了积极研究。结果发现了能够提升与抗蚀剂的密接性或进行均匀的蚀刻加工，并且对抑制蚀刻后的形状变化有效的构成，从而想到了本发明。
即本发明的一方式为一种金属掩模用原材料，以质量％计，含有C：0.01％以下、Si：0.5％以下、Mn：1.0％以下、Ni：30％～50％，剩余部分为Fe及不可避免的杂质，其中，
所述金属掩模用原材料中，轧制方向上的表面粗糙度及与轧制方向正交的方向上的表面粗糙度均为0.05μm≤Ra≤0.25μm、Rz≤1.5μm，
所述金属掩模用原材料中，与轧制方向正交的方向上的偏度Rsk为0以上，
自所述金属掩模用原材料切取长度150mm、宽度30mm的试样，对所述试样从单侧进行蚀刻，除去所述试样的板厚的60％时的翘曲量为15mm以下，板厚为0.10mm以上且0.5mm以下。
优选：所述金属掩模用原材料的轧制方向上的偏度Rsk小于所述金属掩模用原材料的与轧制方向正交的方向上的Rsk。
优选：所述金属掩模用原材料的与轧制方向正交的方向上的表面粗糙度Ra大于所述金属掩模用原材料的轧制方向上的表面粗糙度Ra。
优选：所述金属掩模用原材料的与轧制方向正交的方向上的Rsk为1以下。
优选：自所述金属掩模用原材料切取长度150mm、宽度30mm的试样，对所述试样从单侧进行蚀刻，除去所述试样的板厚的20％、30％、50％任一者时的翘曲量为15mm以下。
本发明的另一方式为一种金属掩模用原材料的制造方法，通过对以质量％计，含有C：0.01％以下、Si：0.5％以下、Mn：1.0％以下、Ni：30％～50％，剩余部分为Fe及不可避免的杂质的冷轧用原材料进行冷轧而获得金属掩模用原材料，所述金属掩模用原材料的制造方法的特征在于，
针对所述冷轧用原材料的精加工冷轧步骤中，最终道次(pass)的条件为：压下率：35％以下，轧辊的咬入角：1.0°以上，
所述金属掩模用原材料中，轧制方向上的表面粗糙度及与轧制方向正交的方向上的表面粗糙度均为0.05μm≤Ra≤0.25μm、Rz≤1.5μm，与轧制方向正交的方向上的偏度Rsk为0以上，并且
自所述金属掩模用原材料切取长度150mm、宽度30mm的试样，对所述试样从单侧进行蚀刻，除去所述试样的板厚的60％时的翘曲量为15mm以下，
精加工冷轧后的原材料的板厚为0.10mm以上且0.5mm以下。
优选：所述轧辊的咬入角为3.0°以下。
优选：所述精加工冷轧步骤中的最终道次的压下率为15％～35％。
优选：所述精加工冷轧步骤的最终道次所使用的辊在与圆周方向正交的方向上的表面粗糙度Ra为0.05μm～0.25μm。
优选：所述精加工冷轧步骤的轧制速度为150m/min以下。
发明的效果
根据具有所述特征的本发明，可获得蚀刻加工后的形状变化少，在提升与抗蚀剂的密接性方面较佳的金属掩模用原材料。
具体实施方式
以下，对本发明进行详细的说明。但是，本发明并不限定于此处所列举的实施方式，可在不脱离本发明的技术思想的范围内进行适当组合或改良。另外，本发明的金属掩模用原材料也包括卷绕为线圈状的钢带或将所述钢带切断而制作的矩形形状的薄板。
将本发明的金属掩模用原材料设为具有以质量％计，含有C：0.01％以下、Si：0.5％以下、Mn：1.0％以下、Ni：30％～50％，剩余部分为Fe及不可避免的杂质的化学组成的Fe-Ni合金的理由如下。
[C：0.01质量％以下]
C为对蚀刻性具有影响的元素。若过多地包含C，则会妨碍蚀刻性，因此将C的上限设为0.01％。C也可为0％，但在制造步骤上会多少包含，因此下限不特别限定。
[Si：0.5质量％以下、Mn：1.0质量％以下]
Si、Mn通常是为了脱氧而使用，在Fe-Ni合金中含有微量，若过多地含有，则变得容易引起偏析，因此设为Si：0.5％以下、Mn：1.0％以下。优选的Si量及Mn量为Si：0.1％以下、Mn：0.5％以下。Si及Mn的下限例如可设定为Si为0.05％、Mn为0.05％。
[Ni：30质量％～50质量％]
Ni具有调整热膨胀系数的作用，是对低热膨胀特性具有大的影响的元素。若含量少于30％，或超过50％，则不再有降低热膨胀系数的效果，因此Ni的范围设为30％～50％。优选的Ni量为32％～45％。
构成所述以外的是Fe及不可避免的杂质。
首先，对本发明的金属掩模用原材料进行说明。
(表面粗糙度)
本发明的金属掩模用原材料的表面粗糙度的特征在于，算术平均粗糙度Ra(依据JIS-B-0601-2001)为0.05μm～0.25μm，且最大高度Rz(依据JIS-B-0601-2001)为1.5μm以下。通过具有所述范围内的Ra及Rz，本发明的原材料能够进行高精度的蚀刻加工。在Ra超过0.25μm的情况下，原材料表面过于粗糙，因此蚀刻的进程中产生偏差，变得难以进行高精度的蚀刻加工。在Ra不足0.05μm的情况下，存在抗蚀剂的密接性下降的倾向。而且，即使满足所述Ra的范围，但若Rz超过1.5μm，则在原材料表面的一部分形成粗糙度曲线中的大的峰值部分，若从所述峰值部进行蚀刻，则会成为蚀刻不均的主要因素，因此不优选。Rz的下限不特别限定，但为了获得更高的密接性，优选将Rz的下限设定为0.3μm。更优选的Ra的上限为0.20μm，更优选的Rz的上限为1.2μm。为了抑制局部的蚀刻不均，优选在金属掩模用原材料的与轧制方向正交的方向上(以下，也记载为“宽度方向”或“轧制直角方向”)的表面粗糙度及轧制方向上(以下，也记载为“长边方向”)的表面粗糙度这两方面来满足所述表面粗糙度的规定。而且，本实施方式中的金属掩模用原材料的宽度方向上的表面粗糙度优选变得大于在轧制方向上测定的表面粗糙度。由此，变得容易将轧制油从辊与原材料之间排出，从而能够抑制因轧制油的夹杂而形成的油坑(oil pit)。具体而言，若宽度方向上的Ra为比轧制方向上的Ra高10％以上的值，则变得容易获得所述油坑抑制效果，因此优选。另外，表面粗糙度的测定可使用一般所使用的接触式或非接触式的粗糙度计。
本实施方式的金属掩模用原材料除了所述表面粗糙度以外，特征还在于，原材料的与轧制方向正交的方向上的偏度Rsk(依据JIS-B-0601-2001)≧0。通过满足所述数值范围，原材料表面的粗糙度曲线中，大量形成尖起的形状的峰值部，因此可获得高的锚定效果。由此，能够提升金属掩模用原材料与抗蚀剂的密接性，从而抑制以蚀刻液侵入至原材料与抗蚀剂的边界为主要因素而发生的侧面蚀刻。若Rsk的值过度变高，则有妨碍蚀刻的均匀进行的可能性，因此，Rsk的上限优选1.0，进而优选0.5。并且，通过使原材料的轧制方向上的Rsk小于宽度方向上的Rsk，可提升所述油坑抑制效果。轧制方向上的Rsk只要小于宽度方向上的Rsk的值，则也可采用不足0的值(负值)。另外，为了充分地获得所述Rsk的效果，本实施方式的金属掩模用原材料应用于板厚0.5mm以下的原材料。优选板厚为0.2mm以下。而且，为了容易将后述咬入角调整为1.0°以上，板厚的下限设定为0.10mm。
(翘曲量)
本实施方式的金属掩模用原材料的特征在于，切取长度150mm、宽度30mm的试样，对所述试样从单侧进行蚀刻，除去所述试样的板厚的60％时的翘曲量为15mm以下。如上所示，通过也降低板厚的60％的区域的残留应力，即使在应力更失衡的板厚中央附近进行蚀刻，也可抑制变形，良好地进行蚀刻加工。因此，可应对各种深度的半蚀刻，从而可提升蚀刻图案的自由度。优选除去所述试样的板厚的20％、30％、50％任一者时的翘曲量为15mm以下。更优选除去所述试样的板厚的20％、30％、50％任一者，翘曲量皆为15mm以下。此翘曲量优选13mm以下，更优选11mm以下，进而优选9mm以下。最优选：以应力容易失衡、容易发生大的翘曲，除去试样的板厚的50％时的翘曲量为9mm以下，除去板厚的20％或30％时的翘曲量为7mm以下为宜。在本实施方式中，以长边方向成为轧制方向的方式对试样进行切断，并测定了翘曲。另外，本实施方式中的翘曲的测定方法如下：对试样从单侧进行蚀刻而除去后，将切片样本(cut sample)以上端与垂直平板平台相接的状态吊挂，将因翘曲而自垂直平板平台离开的切片样本的下端与垂直平板平台的水平距离测定为翘曲量。
继而，对本发明的金属掩模用原材料的制造方法进行说明。
本实施方式的制造方法例如可应用真空熔炼-热锻-热轧-冷轧这一步骤。可根据需要，在冷轧前的阶段以1200℃左右进行均质化热处理，并在冷轧步骤中为了降低冷轧材的硬度而进行一次以上的800℃～950℃的退火。在所述冷轧步骤中，也可进行除去表面的污垢(scale)的研磨步骤、或为了除去因原材料端部的不合格(off-gage)部(板厚的部位)的除去及轧制加工而产生的边缘波(edge wave)部，而进行切边(edge cut)步骤。热处理步骤时所使用的炉也可使用立式炉、卧式炉(水平炉)等已知的炉，但为了防止板传送过程中的折断或进一步提高原材料的陡度(steepness)，优选使用不易产生因自重导致的挠曲的立式炉。
本实施方式的制造方法将精加工冷轧步骤中的最终道次的压下率调整为35％以下。在所述压下率超过35％的情况下，原材料的残留应变变大，从而存在蚀刻加工时变形的发生增加的倾向。优选的压下率的上限为30％。另外，若压下率过少，则变得难以调整为所述表面粗糙度，因此压下率的下限优选设定为15％。更优选的压下率的下限为18％，进而优选的压下率的下限为20％。另外，精加工冷轧中的道次次数并无特别规定，可进行多次(例如三次以上)，但为了以使后述研磨痕不破碎的方式进行轧制，优选以一次的道次次数来进行精加工轧制。
在本实施方式的制造方法中，精加工冷轧中所使用的辊，可使用与辊的圆周方向(辊的旋转方向)正交的方向上的表面粗糙度为Ra：0.05μm～0.25μm的辊。优选的Ra的上限为0.15μm。由此，可对金属掩模用原材料赋予期望的粗糙度。辊的材质并无特别限定，例如可使用JIS-G4404所规定的合金工具钢辊。而且，通过对辊赋予使轧制时的油容易穿过轧制材料表面与辊之间的粗糙度，可抑制油坑的产生，因此，优选在本发明的制造方法的辊表面，在辊的圆周方向上形成研磨痕。在所述研磨痕的形成中，可通过如下方式来形成，即：准备具有能够使辊的与圆周方向正交的方向上的粗糙度成为Ra：0.05μm～0.25μm的粗糙度的磨石，一面转动辊一面将磨石抵接。更优选，通过此研磨痕，本实施方式中的辊的圆周方向粗糙度与跟圆周方向正交的方向上的表面粗糙度之差以Ra计而为0.02μm以上。根据此特征，可在金属掩模用原材料的轧制直角方向上的表面粗糙度与轧制方向上的表面粗糙度之间有意识地设置差异，轧制油变得更容易排出，因此，能够进一步抑制油坑的产生。
本发明的制造方法在精加工冷轧中，将被轧制材与工作辊(work roll)开始接触的角度即咬入角设定为1.0°以上。通过像这样调整咬入角，能够抑制油坑的过度产生，并获得期望的表面粗糙度。此处，若咬入角过大，则有轧制负载变得过大，而无法获得期望的轧制形状的可能性，因此可将咬入角的上限设定为3.0°。优选的咬入角的上限为2.0。而且，优选将所述咬入角的规定应用于精加工冷轧的所有道次。另外，在将本实施方式的咬入角设为θ时，可通过θ＝180/π·arccos((R-(h0-h1)/2)/R)的计算式导出咬入角。此处，R：辊半径、h0：轧制前的原材料板厚、h1：轧制后的原材料板厚。
本实施方式的制造方法优选将轧制速度设定为150m/min以下。通过将轧制速度设定为150m/min以下，减少导入至工作辊与金属掩模用原材料之间的轧制油量，以抑制油坑的产生，能够更切实地将Rsk调整为正值。更优选的轧制速度的上限为120m/min。进而优选将上限设定为100m/min。另外，轧制速度的下限并不特别限定，但若过慢，则生产效率会下降，因此可设定为20m/min。优选为30m/min。
在本实施方式的制造方法中，为了除去精加工轧制后残留于蚀刻加工用原材料的应变，抑制原材料所发生的形状不良，也可进行除应变退火。除应变退火优选以400℃～700℃左右的温度进行。另外，退火时间并不特别限定，但若过长，则拉伸强度等特性会大幅劣化，若过短则无法获得除去应变的效果，因此优选设为0.5min～3.0min左右。更优选的除应变退火时间的下限为1.2min，进而优选的除应变退火时间的下限为1.5min。
实施例
在以下的实施例中，对本发明进行更详细的说明。
将本实施例的金属掩模用原材料的化学组成示于表1。关于本实施例的Fe-Ni合金，在通过真空熔炼-热锻-均质化热处理-热轧而精加工为厚度2mm～3mm的步骤之后，实施冷轧。对热轧后的Fe-Ni合金进行包括两次退火的冷轧，制作Fe-Ni合金冷轧材。精加工冷轧的最终道次前的Fe-Ni合金冷轧材的各厚度为0.125mm(试样No.1)及0.275mm(试样No.2)，以试样No.1精加工冷轧后成为0.10mm(压下率20％)，试样No.2精加工冷轧后成为0.20mm(压下率27％)的方式调整轧制条件。此时的试样No.1的辊的咬入角为1.28°。而且，试样No.2的辊的咬入角为2.22°。而且，试样No.1与试样No.2中，精加工冷轧时的轧制速度为大约100m/min。而且，精加工冷轧所使用的辊在与圆周方向(辊的旋转方向)正交的方向上的粗糙度Ra为0.08μm～0.25μm的范围内。在精加工冷轧后，No.1的试样以600℃的温度进行2分钟的除应变退火，No.2的试样以630℃的温度进行1分钟的除应变退火。而且，作为比较例，调整轧制条件，制成将辊咬入角调整为不足1.0°的试样No.11。试样No.11的化学组成或最终板厚、除应变退火条件与试样No.1相同。
[表1]
(质量％)
| 试样No. | C | Si | Mn | Ni | 剩余部分 |
| 1 | 0.002 | 0.024 | 0.22 | 35.8 | Fe及不可避免的杂质 |
| 2 | 0.002 | 0.024 | 0.27 | 35.8 | Fe及不可避免的杂质 |
继而对所获得的试样的表面粗糙度及翘曲进行测定。表面粗糙度Ra、表面粗糙度Rz、表面粗糙度Rsk的测定是依据JISB0601、JISB0651所示的测定方法，随机选择三部位来对长边方向及宽度方向的表面粗糙度进行测定。对测定装置使用触针式粗糙度计，以评价长度4mm、测定速度0.3mm/s、截止值0.8mm的条件进行测定。在表2中表示三部位的平均值。而且，翘曲的测定是在制成长度150mm、宽度30mm的切片样本，并以成为板厚的2/5(除去板厚的60％)的方式从单侧进行蚀刻后，对将切片样本吊挂于垂直平板平台时的翘曲量进行测定，并进行评价。另外，所示切片样本是以长度方向成为轧制方向的方式自所制作的试样的宽度方向中央部提取。蚀刻液是使用氯化铁水溶液，并通过喷洒液温50℃的蚀刻液实施对试验片的腐蚀。将结果示于表2。
[表2]
根据表2的结果，可确认到：本发明例的金属掩模用原材料即试样No.1及试样No.2为对于呈现良好的密接性及均匀的蚀刻加工性而言最佳的表面状态，并也可抑制超过板厚的一半的深蚀刻后的形状变化。另一方面，可确认到：作为比较例的试样No.11中，Rsk的宽度方向成为负值，因此密接性比本发明例差的可能性高。
(实施例2)
其次，准备多个试样No.1及试样No.2的长度150mm、宽度30mm的切片样本，制成将蚀刻的除去量像表3那样进行了变更的本发明例的试样No.3～试样No.8，进行翘曲量的测定。在表3中，试样No.3～试样No.5是自试样No.1制成的试样，试样No.6～试样No.8是自试样No.2制成的试样。翘曲量的测定方法或使用的蚀刻液与实施例1中所使用的相同。将结果示于表3。
[表3]
根据表3的结果，确认到：即使变更了蚀刻深度，本发明的金属掩模用原材料也可抑制翘曲量。尤其是在通过蚀刻对原材料的除去量为板厚的50％的情况下，有压缩残留应力与拉伸残留应力失衡，容易产生过大的翘曲的倾向，但可确认到本发明例的原材料未产生过大的翘曲，适合于蚀刻用途。并且，可确认到：试样No.3～试样No.5与试样No.6～试样No.8相比，翘曲少。这被认为是因为在试样制作时，试样No.6～试样No.8的除应变退火时间比试样No.3～试样No.5短，因此残存的应变量稍微变大。
Claims (9)
1.一种金属掩模用原材料，以质量%计，含有C：0.01%以下、Si：0.5%以下、Mn：1.0%以下、Ni：30%～50%，剩余部分为Fe及不可避免的杂质，其中，
所述金属掩模用原材料中，轧制方向上的表面粗糙度及与轧制方向正交的方向上的表面粗糙度均为0.05 μm≤Ra≤0.25 μm、且Rz≤1.5 μm，
所述金属掩模用原材料中，与轧制方向正交的方向上的偏度Rsk为0以上，板厚为0.10mm以上且0.5 mm以下，
自所述金属掩模用原材料切取长度150 mm、宽度30 mm的试样，对所述试样从单侧进行蚀刻，除去所述试样的板厚的60%时的翘曲量为15 mm以下，
所述金属掩模用原材料的轧制方向上的偏度Rsk小于所述金属掩模用原材料的与轧制方向正交的方向上的Rsk。
2.根据权利要求1所述的金属掩模用原材料，其中，所述金属掩模用原材料的与轧制方向正交的方向上的表面粗糙度Ra大于所述金属掩模用原材料的轧制方向上的表面粗糙度Ra。
3.根据权利要求1所述的金属掩模用原材料，其中，所述金属掩模用原材料的与轧制方向正交的方向上的Rsk为1.0以下。
4.根据权利要求1所述的金属掩模用原材料，其中，自所述金属掩模用原材料切取长度150 mm、宽度30 mm的试样，对所述试样从单侧进行蚀刻，除去所述试样的板厚的20%、30%、50%任一者时的翘曲量为15 mm以下。
5.一种金属掩模用原材料的制造方法，通过对以质量%计，含有C：0.01%以下、Si：0.5%以下、Mn：1.0%以下、Ni：30%～50%，剩余部分为Fe及不可避免的杂质的冷轧用原材料进行冷轧而获得金属掩模用原材料，所述金属掩模用原材料的制造方法的特征在于，
针对所述冷轧用原材料的精加工冷轧步骤中，最终道次的条件为：压下率：35%以下，轧辊的咬入角：1.0°以上，
所述金属掩模用原材料中，轧制方向上的表面粗糙度及与轧制方向正交的方向上的表面粗糙度均为0.05 μm≤Ra≤0.25 μm、且Rz≤1.5 μm，与轧制方向正交的方向上的偏度Rsk为0以上，并且
自所述金属掩模用原材料切取长度150 mm、宽度30 mm的试样，对所述试样从单侧进行蚀刻，除去所述试样的板厚的60%时的翘曲量为15 mm以下，
精加工冷轧后的原材料的板厚为0.10 mm以上且0.5 mm以下，
所述金属掩模用原材料的轧制方向上的偏度Rsk小于所述金属掩模用原材料的与轧制方向正交的方向上的Rsk。
6.根据权利要求5所述的金属掩模用原材料的制造方法，其中，所述轧辊的咬入角为3.0°以下。
7.根据权利要求5或6所述的金属掩模用原材料的制造方法，其中，所述精加工冷轧步骤中的最终道次的压下率为15%～35%。
8.根据权利要求5或6所述的金属掩模用原材料的制造方法，其中，所述精加工冷轧步骤的最终道次所使用的辊在与圆周方向正交的方向上的表面粗糙度Ra为0.05 μm～0.25 μm。
9.根据权利要求5或6所述的金属掩模用原材料的制造方法，其中，所述精加工冷轧步骤的轧制速度为150 m/min以下。
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