JP2015059262A

JP2015059262A - 成膜マスク及びタッチパネル基板

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Publication number: JP2015059262A
Application number: JP2013195552A
Authority: JP
Inventors: 水村　通伸; Michinobu Mizumura; 通伸水村
Original assignee: V Technology Co Ltd
Current assignee: V Technology Co Ltd
Priority date: 2013-09-20
Filing date: 2013-09-20
Publication date: 2015-03-30
Anticipated expiration: 2033-09-20
Also published as: CN105555991B; WO2015041296A1; CN105555991A; KR20160058091A; TW201525163A; JP6168944B2

Abstract

【課題】マスク材料と薄膜材料との線膨張係数の差に起因するマスクの変形を抑制して、薄膜パターンの位置精度を向上する。
【解決手段】基板上に成膜される薄膜パターンに対応して開口パターン４を形成した樹脂マスク５と、前記開口パターン４を内包する大きさの貫通孔１３を形成し、前記樹脂マスク５に対して予め定められた所定の隙間９を設けて前記樹脂マスク５の一面側に設置される磁性金属部材のメタルマスク１１と、を備えて構成されたものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板上に薄膜パターンを形成するための成膜マスクに関し、特にマスク材料と薄膜材料との線膨張係数の差に起因するマスクの変形を抑制して、薄膜パターンの位置精度を向上し得る成膜マスク及びタッチパネル基板に係るものである。

従来の成膜マスクは、非堆積領域とすべき部分を被覆して基材表面と密着させる材料が可撓性フィルムからなる可撓性貼付フィルムを用いた成膜マスクを使用し、可撓性貼付フィルムを基材の成膜側全表面に密着させた後、所望の堆積層を形成すべき領域を覆う可撓性貼付フィルムを選択的に除去し、その後に堆積層を形成する成膜工程を実施し、最後に基材表面上に残された可撓性貼付フィルムを除去するものとなっていた（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１２−１１１９８５号公報

しかし、このような従来の成膜マスクにおいては、マスク材料が例えばポリイミド等の可撓性の樹脂フィルムであるため、該フィルムとフィルム上に堆積される薄膜材料としての例えば透明導電膜との線膨張係数の差によりフィルムに皺や反り等の変形が生じて、成膜される薄膜パターンの位置精度が悪くなるという問題があった。

そこで、本発明は、このような問題点に対処し、マスク材料と薄膜材料との線膨張係数の差に起因するマスクの変形を抑制して、薄膜パターンの位置精度を向上し得る成膜マスク及びタッチパネル基板を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、第１の発明による成膜マスクは、基板上に成膜される薄膜パターンに対応して開口パターンを形成した樹脂マスクと、前記開口パターンを内包する大きさの貫通孔を形成し、前記樹脂マスクに対して予め定められた所定の隙間を設けて前記樹脂マスクの一面側に設置される磁性金属部材のメタルマスクと、を備えて構成されたものである。

また、第２の発明によるタッチパネル基板は、上記成膜マスクを使用してスパッタリング成膜し、透明なガラス基板上に透明導電膜の電極を形成したものである。

本発明によれば、樹脂マスクとメタルマスクとの間に所定の隙間を設けているので、成膜時には、基板の裏面に配置された磁石によりメタルマスクが吸引されて樹脂マスクを基板面に密着させ、成膜終了後、磁石によるメタルマスクの吸引作用が解除されたときには、メタルマスクをその弾性復元力により樹脂マスクから離隔させることができる。したがって、樹脂マスクに堆積した薄膜が分断され、樹脂マスクの材料と薄膜材料との間の線膨張係数の差に起因した内部応力も分断されるので、樹脂マスクの変形を抑制することができる。それ故、基板に形成される薄膜パターンの位置精度を向上することができる。

本発明による成膜マスクの実施形態を示す中心線断面図である。上記成膜マスクの分解図であり、（ａ）は第１のマスクを示し、（ｂ）は第２のマスクを示す。上記第２のマスクの貫通孔の形成について示す説明図であり、（ａ）は一面側からウェットエッチングしたときの断面図、（ｂ）は両面からウェットエッチングしたときの断面図、（ｃ）は開口面積の広い面を上記第１のマスクの樹脂マスク側とした使用例を示す断面図である。本発明の成膜マスクを使用する成膜装置の一構成例を示す概略図である。本発明の成膜マスクの被成膜基板上への設置について示す説明図であり、（ａ）は基板の裏面に配置された磁石の磁力の吸引作用が及んでいない場合を示し、（ｂ）は磁石の磁力によりメタルマスクが吸引されて樹脂マスクに密接した状態を示す。図５の一部を拡大して示す説明図であり、（ａ）は図５（ａ）の拡大図であり、（ｂ）は図５（ｂ）の拡大図である。本発明による成膜マスクを使用した成膜について示す説明図である。上記成膜の終了後の状態を示す説明図であり、（ａ）は成膜終了直後を示し、（ｂ）はメタルマスクへの磁石の吸引作用が解除された状態を示す。図８の一部を拡大して示す説明図であり、（ａ）は図８（ａ）の拡大図であり、（ｂ）は図８（ｂ）の拡大図である。本発明による成膜マスクを使用して製造されるタッチパネル基板の一構成例を示す平面図である。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明による成膜マスクの実施形態を示す中心線断面図である。この成膜マスク１は、基板上に薄膜パターンを形成するためのもので、第１のマスク２と、第２のマスク３と、を備えて構成されている。

上記第１のマスク２は、基板上に開口パターン４を介して成膜し、薄膜パターンを形成するためのものであり、メインマスクとなるもので、図２（ａ）に示すように、樹脂製のフィルム（以下「樹脂マスク５」という）と、金属薄膜６と、第１のフレーム７と、を備えて構成されている。

ここで、上記樹脂マスク５は、基板上に成膜される複数の薄膜パターンに対応して該薄膜パターンと形状寸法の同じ貫通する複数の開口パターン４を形成したもので、例えば厚みが１０μｍ〜３０μｍ程度のポリイミド又はポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等の可視光を透過する樹脂製フィルムである。なお、以下の説明においては、線膨張係数が被成膜基板としてのガラスの線膨張係数に近似した３×１０^−６〜５×１０^−６／℃程度のポリイミドの場合について説明する。

詳細には、上記開口パターン４は、ポリイミドのフィルムを後述の第１のフレーム７に架張して固定した状態で、形成しようとする開口パターン４の形状に整形されたレーザビームを上記フィルムの一面側からポリイミドのフィルムに照射して形成される。この場合、形成しようとする複数の開口パターン４の形成位置に対応して複数の基準マークを形成した透明なガラス基板上に上記フィルムを設置し、透明なポリイミドを透して観察される上記基準マークを目標に上記レーザビームを照射して、上記フィルムに複数の開口パターン４を形成するとよい。又は、上記レーザビームを予め定められた所定のピッチでステップ移動させながら、上記フィルムの面内に複数の開口パターン４を形成してもよい。

また、上記樹脂マスク５の一面５ａにて、上記複数の開口パターン４が形成される有効領域の外側領域には、孤立した複数のパターンからなる金属薄膜６が樹脂マスク５の周縁部に沿って設けられている。この金属薄膜６は、後述の第１のフレーム７の一端面７ａにスポット溶接されて、上記樹脂マスク５を第１のフレーム７に固定するためのもので、例えばニッケル等の金属膜を３０μｍ程度の厚みにめっき形成したものである。又は、専用のメタルマスクを使用してスパッタリング又は蒸着により形成してもよく、樹脂マスク５の一面５ａの全面に金属薄膜を成膜した後、エッチングして孤立した複数の金属薄膜６のパターンを形成してもよい。

さらに、上記樹脂マスク５の一面５ａ側には、第１のフレーム７が設けられている。この第１のフレーム７は、上記樹脂マスク５を架張した状態で、樹脂マスク５の金属薄膜６の部分を一端面７ａにスポット溶接して樹脂マスク５を支持するもので、上記樹脂マスク５の複数の開口パターン４を内包する大きさの開口８を有し、外形が上記樹脂マスク５の外形に略等しい大きさの枠状を成した、例えば厚みが３０ｍｍ〜５０ｍｍ程度の例えばインバー又はインバー合金等の磁性金属部材である。なお、図２（ｂ）において、符号１０は、第１のマスク２を第２のマスク３に固定するためのねじ穴である。

上記第１のマスク２の樹脂マスク５の一面５ａ側には、樹脂マスク５に対して予め定められた所定の隙間９を設けて第２のマスク３が設置されている。この第２のマスク３は、上記樹脂マスク５に薄膜材料が堆積し、樹脂マスク５と薄膜材料との線膨張係数の差に起因して樹脂マスク５が変形するのを防止するためのものであり、サブマスクとなるもので、図２（ｂ）に示すように、メタルマスク１１と、第２のフレーム１２とを備えて構成されている。

ここで、上記メタルマスク１１は、少なくとも一つの開口パターン４を内包する大きさの貫通孔１３を形成した、例えば厚みが３０μｍ〜５０μｍ程度の磁性金属部材であり、外形が上記第１のフレーム７の開口８内に収まる大きさになっており、上記樹脂マスク５に対して上記隙間９を設けて設置されている。この隙間９は、基板の裏面に設置される磁石の磁力がメタルマスク１１に作用するとメタルマスク１１を吸引して樹脂マスク５に密着させ、磁石の磁力の作用が取り去られるとメタルマスク１１をその弾性復元力により樹脂マスク５から離隔させ得る大きさに設定されるのが望ましく、例えば３００μｍ程度である。なお、上記貫通孔１３の大きさは、複数の開口パターン４を内包する大きさであってもよいが、樹脂マスク５上への薄膜材料の堆積面積を減らして、マスク材料と薄膜材料との線膨張係数の差に起因して生じる樹脂マスク５の変形を抑制するためには、貫通孔１３は一つの開口パターン４を内包する大きさとするのがより望ましい。

詳細には、上記貫通孔１３は、図３に示すようにレジストマスク１４を使用して磁性金属部材のシートをウェットエッチングして形成するとよい。この場合、ウェットエッチングにおいては、磁性金属部材は、等方性エッチングされるため、同図（ａ）に示すように一方の面側からのみエッチングすると、貫通孔１３は、その開口面積がレジストマスク１４の形成面側から他面側に向かって狭くなるように形成される。また、同図（ｂ）に示すように、磁性金属部材を両面側からエッチングすると、貫通孔１３は、両面側の開口面積が内部よりも広くなるように形成される。したがって、成膜時に貫通孔１３の側壁に薄膜材料が付着するのを抑制し、成膜後、メタルマスク１１を樹脂マスク５から容易に離隔させるためには、メタルマスク１１は、同図（ｃ）に示すように貫通孔１３の開口面積が広い面側を樹脂マスク５に対面させるとよい。なお、本実施形態においては、貫通孔１３の縁部が成膜の影となるのを抑制するために、貫通孔１３の開口面積が狭い面側を樹脂マスク５側とした場合について説明する。但し、スパッタリング成膜の場合は、蒸着に比べてスパッタ粒子の回り込みが多いため、図３（ｃ）に示すように、貫通孔１３の開口面積が広い面側を樹脂マスク５側としても貫通孔１３の縁部が成膜に及ぼす影響は小さい。

上記メタルマスク１１の上記樹脂マスク５側とは反対側には、第２のフレーム１２が設けられている。この第２のフレーム１２は、上記メタルマスク１１を架張した状態で、図２（ｂ）に示すように、メタルマスク１１の周縁部を一端面１２ａにスポット溶接してメタルマスク１１を支持するもので、上記メタルマスク１１の複数の貫通孔１３を内包する大きさの開口１５を有し、外形が上記第１のフレーム７の開口８内に収まる大きさの枠状を成した、例えば厚みが３０ｍｍ〜５０ｍｍ程度の例えばインバー又はインバー合金等の磁性金属部材である。さらに、上記第２のフレーム１２の他端面１２ｂ側には、上記開口１５側とは反対側に張り出したつば１６が設けられ、該つば１６に上記第１のフレーム７の他端面７ｂがねじ１７（図１参照）で着脱自在に固定されるようになっている。この場合、第１のフレーム７が第２のフレーム１２の上記つば１６に固定された状態で、上記隙間９が生じるように、第１のフレーム７、第２のフレーム１２及びつば１６の各厚みが決定される。なお、図２（ｂ）において、符号１８は、ねじ１７を通すための孔である。

次に、このように構成された成膜マスク１を使用した成膜について説明する。なお、以下の説明においては、成膜装置が、図４に示すようなスパッタリング装置の場合について述べる。
先ず、第１のマスク２の第１のフレーム７と第２のマスク３の第２のフレーム１２とをねじ１７で固定して組み立てて成膜マスク１が準備される。

次いで、スパッタリング装置の真空チャンバー１９内に設けられたマスクホルダー２０に第１のマスク２が被成膜基板側となるようにして成膜マスク１が取り付けられる。また、基板ホルダー２１に設置された基板２２面に平行に矢印Ａ，Ｂ方向に往復移動可能に構成されたターゲットホルダー２３には、成膜材料としての例えば円柱状の酸化インジウムスズ（以下「ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）」という）のターゲット２４が取り付けられている。

成膜マスク１の取り付けが終了すると、ガス導入バルブ２５を閉じた状態で排気バルブ２６を開き、真空チャンバー１９内の空気が排気され、予め定められた所定の真空度となるまで真空引きされる。

真空チャンバー１９内の真空度が所定の値に達すると、ゲートバルブ２７で仕切られ、略同じ真空度に保たれた図示省略の前室（図４において、真空チャンバー１９に隣接して奥側に設けられている。）から図示省略の基板ローディング機構によって被成膜基板としての透明ガラス基板２２が搬送され、基板ホルダー２１に設置される。その後、上記基板ローディング機構は上記前室まで退避し、ゲートバルブ２７は閉じられる。

次に、マスクホルダー２０が図４において矢印Ｃ方向に移動して成膜マスク１を基板２２上に設置する。詳細には、図５（ａ）に示すように、第１のマスク２の樹脂マスク５が基板２２の成膜面上に設置される。このとき、図６（ａ）に示すように、樹脂マスク５とメタルマスク１１との間には、所定の隙間９が保たれている。その後、図５（ｂ）に示すように、基板ホルダー２１に内蔵された磁石２８の磁力が作用されて第２のマスク３のメタルマスク１１が吸引され、該メタルマスク１１が弾性的に撓んで樹脂マスク５を押圧し、樹脂マスク５が基板２２の成膜面に密着して固定される。同時に、図６（ｂ）に示すように、メタルマスク１１が樹脂マスク５の表面に密着する。

続いて、ガス導入バルブ２５を開くと共に排気バルブ２６を調節して、真空チャンバー１９内にアルゴン（Ａｒ）ガス等の不活性ガスが予め定められた所定値となるまで導入される。

真空チャンバー１９内のガス圧が上記所定値となると、ターゲットホルダー２３に高電圧が付与されて、図７に示すようにターゲット２４と基板２２との間にプラズマ２９が生成される。そして、ターゲット２４をその円柱軸を中心に回転させながら、図７に示す矢印Ａ，Ｂ方向に往復移動させてスパッタリングが実行される。なお、詳細には、本スパッタリングが開始される前の一定時間（プリスパッタリング時間）は、ターゲット２４と基板２２との間に図示省略のシャッターが挿入されており、スパッタ粒子が基板２２に付着するのを阻止している。

予め定められた所定時間のスパッタリングが実行されて、基板２２上に一定厚みのＩＴＯ導電膜が堆積すると、上記シャッターが閉じられてスパッタリングが終了する。そして、ターゲットホルダー２３に対する高電圧の付与が解除され、図８（ａ）に示すようにプラズマ２９の生成が停止される。このとき、図９（ａ）に示すように、ＩＴＯ導電膜３０は、開口パターン４内の基板２２の面、開口パターン４の側壁、樹脂マスク５の開口パターン４周縁部、貫通孔１３の側壁及びメタルマスク１１のターゲット２４側の表面に堆積している。

次いで、図８（ｂ）に示すように、基板ホルダー２１に内蔵された磁石２８の磁力によるメタルマスク１１に対する吸引作用が取り去られると、図９（ｂ）に示すように、メタルマスク１１はその弾性復元力により元の状態に戻る。これにより、樹脂マスク５に堆積したＩＴＯ導電膜３０は、メタルマスク１１と切り離される。また、同時に、メタルマスク１１による樹脂マスク５の基板２２の成膜面への押圧力が解放されるため、樹脂マスク５は基板２２の成膜面から剥がれる。こうして、図１０に示すような透明なガラス基板２２にＩＴＯ導電膜３０の複数の電極３１（薄膜パターン）が形成されたタッチパネル基板３２が形成される。

次に、マスクホルダー２０を、図４に示す矢印Ｄ方向に移動して成膜マスク１を基板２２から離隔すると共に、真空チャンバー１９内の不活性ガスが排気される。そして、真空チャンバー１９と上記前室とを仕切るゲートバルブ２７が開かれて、上記基板ローディング機構によりタッチパネル基板３２が真空チャンバー１９内から上記前室に搬出される一方で、上記前室から新たな基板２２が搬入されて基板ホルダー２１に設置される。

以降、前述と同様にして新たな基板２２に成膜が実行され、新たなタッチパネル基板３２が形成される。そして、基板２２に対する成膜が完了する都度、メタルマスク１１は、樹脂マスク５から離隔するために、樹脂マスク５に堆積するＩＴＯ導電膜３０は、その都度メタルマスク１１から切り離される。したがって、樹脂マスク５に堆積するＩＴＯ導電膜３０は、開口パターン４の周縁部のみとなり、隣接する開口パターン４間で分断されているため、ＩＴＯ導電膜３０の収縮応力が分断されて樹脂マスク５の変形が抑制される。それ故、ＩＴＯ導電膜３０からなる電極３１の位置精度を向上することができる。また、同時に、樹脂マスク５の変形が抑制されるため、樹脂マスク５の寿命が長くなるという利点もある。

なお、上記実施形態においては、第１のマスク２及び第２のマスク３が夫々フレーム付きの場合について説明したが、本発明はこれに限られず、第１のマスク２は、樹脂マスク５のみであってもよく、第２のマスク３はメタルマスク１１のみであってもよい。この場合、樹脂マスク５とメタルマスク１１との間に隙間９が形成されるように、両者間に金属スペーサを設けるとよい。

また、上記実施形態においては、成膜装置がスパッタリング装置である場合について説明したが、本発明はこれに限られず、成膜装置は、蒸着装置であってもよい。

さらに、上記実施形態においては、薄膜がＩＴＯ導電膜３０である場合について説明したが、本発明はこれに限られず、薄膜は有機物質の薄膜、無機物質の薄膜又は金属薄膜のいずれであってもよい。

１…成膜マスク
２…第１のマスク
３…第２のマスク
４…開口パターン
５…樹脂マスク
７…第１のフレーム
９…隙間
１１…メタルマスク
１２…第２のフレーム
１３…貫通孔
２２…基板
２８…磁石
３０…透明導電膜
３１…電極
３２…タッチパネル基板

上記目的を達成するために、第１の発明による成膜マスクは、基板上に成膜される薄膜パターンに対応して開口パターンを形成した樹脂マスクと、前記開口パターンを内包する大きさの貫通孔を形成し、前記樹脂マスクとの間に隙間を設けて前記樹脂マスクの一面側に設置される磁性金属部材のメタルマスクと、を備えて構成されたものである。

次いで、スパッタリング装置の真空チャンバー１９内に設けられたマスクホルダー２０に第１のマスク２が被成膜基板（以下、単に「基板２２」という）側となるようにして成膜マスク１が取り付けられる。また、基板ホルダー２１に設置された基板２２面に平行に矢印Ａ，Ｂ方向に往復移動可能に構成されたターゲットホルダー２３には、成膜材料としての例えば円柱状の酸化インジウムスズ（以下「ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）」という）のターゲット２４が、その円柱軸を上記移動方向に対して交差させて取り付けられている。

真空チャンバー１９内の真空度が所定の値に達すると、ゲートバルブ２７で仕切られ、略同じ真空度に保たれた図示省略の前室（図４において、真空チャンバー１９に隣接して奥側に設けられている。）から図示省略の基板ローディング機構によって透明ガラスから成る基板２２が搬送され、基板ホルダー２１に設置される。その後、上記基板ローディング機構は上記前室まで退避し、ゲートバルブ２７は閉じられる。

次いで、図８（ｂ）に示すように、基板ホルダー２１に内蔵された磁石２８の磁力によるメタルマスク１１に対する吸引作用が取り去られると、図９（ｂ）に示すように、メタルマスク１１はその弾性復元力により元の状態に戻る。これにより、樹脂マスク５に堆積したＩＴＯ導電膜３０は、メタルマスク１１と切り離される。また、同時に、メタルマスク１１による樹脂マスク５の基板２２の成膜面への押圧力が解放されるため、樹脂マスク５は基板２２の成膜面から剥がれる。こうして、透明なガラスの基板２２に、図１０に示すようにＩＴＯ導電膜３０の複数の電極３１（薄膜パターン）が形成されたタッチパネル基板３２が形成される。

Claims

基板上に成膜される薄膜パターンに対応して開口パターンを形成した樹脂マスクと、
前記開口パターンを内包する大きさの貫通孔を形成し、前記樹脂マスクに対して予め定められた所定の隙間を設けて前記樹脂マスクの一面側に設置される磁性金属部材のメタルマスクと、
を備えて構成された成膜マスク。
前記樹脂マスクと前記メタルマスクとの間の前記隙間は、前記基板の裏面に設置される磁石の磁力が前記メタルマスクに作用すると前記メタルマスクを吸引して前記樹脂マスクに密着させ、前記磁石の磁力の作用が取り去られると前記メタルマスクをその弾性復元力により前記樹脂マスクから離隔させ得る大きさに設定されていることを特徴とする請求項１記載の成膜マスク。
前記メタルマスクの前記貫通孔は、少なくとも前記樹脂マスク側の開口面積が貫通孔内部の開口面積よりも広いことを特徴とする請求項１又は２記載の成膜マスク。
前記樹脂マスクは、その周縁部が第１のフレームに固定され、前記メタルマスクは、その周縁部が第２のフレームに固定されており、
前記樹脂マスクと前記メタルマスクとの間に前記所定の隙間が生じるように、前記第１のフレームと前記第２のフレームとを着脱自在に固定したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の成膜マスク。
前記薄膜パターンは、スパッタリング成膜される透明導電膜であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の成膜マスク。
請求項１〜５のいずれか１項に記載の成膜マスクを使用してスパッタリング成膜し、透明なガラス基板上に透明導電膜の電極を形成したタッチパネル基板。