JP6459040B2 - 金属板、金属板の製造方法、および金属板を用いて蒸着マスクを製造する方法 - Google Patents
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Description
前記蒸着マスクの前記貫通孔は、前記金属板をエッチングすることによって形成されるものであり、
前記金属板の製造方法は、
ニッケルおよびクロムを含む鉄合金からなる母材を圧延する圧延工程と、
圧延された前記母材をアニールして前記金属板を得るアニール工程と、を備え、
前記金属板に含まれる各構成元素の質量の合計を100質量%としたときに、前記金属板は、34〜38質量%のニッケルと、0.1〜0.3質量%のクロムと、残部の鉄および不可避の不純物と、を含む鉄合金からなり、
前記金属板の厚みは、10〜50μmの範囲内である、金属板の製造方法である。
前記マスクの前記貫通孔は、前記金属板をエッチングすることによって形成されるものであり、
前記金属板に含まれる各構成元素の質量の合計を100質量%としたときに、前記金属板は、34〜38質量%のニッケルと、0.1〜0.3質量%のクロムと、残部の鉄および不可避の不純物と、を含む鉄合金からなり、
前記金属板の厚みは、10〜50μmの範囲内である、金属板である。
金属板を準備する工程と、
前記金属板上にレジストパターンを形成するレジストパターン形成工程と、
前記金属板のうち前記レジストパターンによって覆われていない領域をエッチングし、前記金属板に、前記貫通孔を画成するようになる凹部を形成するエッチング工程と、を備え、
前記金属板に含まれる各構成元素の質量の合計を100質量%としたときに、前記金属板は、34〜38質量%のニッケルと、0.1〜0.3質量%のクロムと、残部の鉄および不可避の不純物と、を含む鉄合金からなり、
前記金属板の厚みは、10〜50μmの範囲内である、蒸着マスクの製造方法である。
まず、製造方法対象となる蒸着マスクを含む蒸着マスク装置の一例について、主に図1〜図6を参照して説明する。ここで、図1は、蒸着マスクを含む蒸着マスク装置の一例を示す平面図であり、図2は、図1に示す蒸着マスク装置の使用方法を説明するための図である。図3は、蒸着マスクを第1面の側から示す平面図であり、図4〜図6は、図3の各位置における断面図である。
次に、蒸着マスク20について詳細に説明する。図1に示すように、本実施の形態において、蒸着マスク20は、金属板21からなり、平面視において略四角形形状、さらに正確には平面視において略矩形状の輪郭を有している。蒸着マスク20の金属板21は、規則的な配列で貫通孔25が形成された有効領域22と、有効領域22を取り囲む周囲領域23と、を含んでいる。周囲領域23は、有効領域22を支持するための領域であり、基板へ蒸着されることを意図された蒸着材料が通過する領域ではない。例えば、有機EL表示装置用の有機発光材料の蒸着に用いられる蒸着マスク20においては、有効領域22は、有機発光材料が蒸着して画素を形成するようになる基板(ガラス基板92)上の区域、すなわち、作製された有機EL表示装置用基板の表示面をなすようになる基板上の区域に対面する、蒸着マスク20内の領域のことである。ただし、種々の目的から、周囲領域23に貫通孔や凹部が形成されていてもよい。図1に示された例において、各有効領域22は、平面視において略四角形形状、さらに正確には平面視において略矩形状の輪郭を有している。
また上述のように、本実施の形態における貫通孔25の寸法r2は従来よりも小さい。このため、蒸着マスク20の第2面20bから接続部41までの距離r1が寸法r2に比べて比較的に大きいものであると、第2凹部35の壁面36に付着してしまう蒸着材料の比率が高くなってしまうと考えられる。この点を考慮し、本実施の形態において、好ましくは蒸着マスク20の第2面20bから接続部41までの距離r1は、6μm以下に設定される。
図8(a)(b)は、蒸着マスク20の有効領域22の位置が熱膨張によって変化する様子を誇張して示す図である。図8(a)は、常温状態での蒸着マスク20を示しており、図8(b)は、高温状態での蒸着マスク20、すなわち熱によって膨張した状態の蒸着マスク20を示している。図8(a)(b)に示すように、蒸着マスク20の長手方向に沿って複数の有効領域22が配列されている場合、蒸着マスク20の長手方向の一端側に存在する有効領域22または他端側に存在する有効領域22の少なくとも一方は、熱膨張の影響を大きく受けることになる。
ここで本件発明者らが鋭意研究を重ねた結果、鉄に34〜38質量%のニッケルを加えた鉄合金においては、その熱膨張係数が、添加されるクロムの量に対して非常に敏感に変化することがわかった。従って、クロムの添加量は、蒸着マスク20に錆び45が生じることを抑制するという点だけでなく、蒸着マスク20の熱膨張係数を基板92の熱膨張係数と同等の値にするという点も考慮して、緻密に設定される必要がある。これらの点を満たすことができる具体的な組成については後述する。
はじめに図9(a)(b)を参照して、金属板の製造方法について説明する。図9(a)は、母材を圧延して、所望の厚さを有する金属板を得る工程を示す図であり、図9(b)は、圧延によって得られた金属板をアニールする工程を示す図である。
はじめに図9(a)に示すように、34〜38質量%のニッケルおよびクロムを含む鉄合金から構成された母材55を準備し、この母材55を、一対の圧延ロール56a,56bを含む圧延装置56に向けて、矢印D1で示す搬送方向に沿って搬送する。一対の圧延ロール56a,56bの間に到達した母材55は、一対の圧延ロール56a,56bによって圧延され、この結果、母材55は、その厚みが低減されるとともに、搬送方向に沿って伸ばされる。これによって、厚みt0の長尺金属板64を得ることができる。図9(a)に示すように、長尺金属板64をコア61に巻き取ることによって巻き体62を形成してもよい。厚みt0の具体的な値は、好ましくは上述のように50μm以下に、例えば10〜50μmの範囲内になっている。
その後、圧延工程によって得られた長尺金属板64の幅方向における両端をそれぞれ3mm以上かつ5mm以下の範囲にわたって切り落とすスリット工程を実施してもよい。このスリット工程は、圧延に起因して長尺金属板64の両端に生じ得るクラックを除去するために実施される。このようなスリット工程を実施することにより、長尺金属板64が破断してしまう現象、いわゆる板切れが、クラックを起点として生じてしまうことを防ぐことができる。
その後、圧延によって長尺金属板64内に蓄積された残留応力を取り除くため、図9(b)に示すように、アニール装置57を用いて長尺金属板64をアニールする。アニール工程は、図9(b)に示すように、長尺金属板64を搬送方向(長手方向)に引っ張りながら実施されてもよい。すなわち、アニール工程は、いわゆるバッチ式の焼鈍ではなく、搬送しながらの連続焼鈍として実施されてもよい。アニール工程が実施される期間は、長尺金属板64の厚みや圧延率などに応じて適切に設定されるが、例えば500℃で60秒にわたってアニール工程が実施される。なお上記「60秒」は、アニール装置57中の500℃に加熱された空間を長尺金属板64が通過することに要する時間が60秒であることを意味している。
その後、長尺金属板64の幅方向における両端をそれぞれ所定範囲にわたって切り落とし、これによって、長尺金属板64の幅を所望の幅に調整する切断工程を実施する。このようにして、所望の厚みおよび幅を有する長尺金属板64を得ることができる。
その後、得られた長尺金属板64を構成する材料の組成を検査する検査工程を実施する。長尺金属板64の組成を検査する方法としては、蛍光X線分析法(以下、XRF法とも称する)を用いることができる。XRF法とは、X線を試料に照射することによって試料から放出される蛍光X線の波長やスペクトルを測定し、試料の構成元素の種類や存在量に関する知見を得る方法である。この場合、各構成元素の比率は質量%で算出される。
(1)長尺金属板64中のクロムの比率が、0.1質量%以上であること。
(2)長尺金属板64中のクロムの比率が、0.3質量%以下であること。
以下、上記の条件(1)、(2)についてそれぞれ説明する。
例えば、上述の条件(1),(2)は、アニール温度やアニール時間などの、長尺金属板64を製造するための条件を最適化するために利用されてもよい。具体的には、様々なアニール温度やアニール時間で長尺金属板64を製造し、得られた各長尺金属板64中のクロム濃度を分析し、そして分析結果と条件(1),(2)とを照らし合わせることによって、条件(1),(2)を満たし得る適切な製造条件を設定する、という作業のために、条件(1),(2)が利用されてもよい。この場合、実際の製造工程において得られた長尺金属板64の全てに対して、条件(1),(2)に基づく選別を実施する必要はない。例えば、一部の長尺金属板64に対してのみ、条件(1),(2)に関する抜き取り検査を実施してもよい。若しくは、製造条件がいったん設定された後は、条件(1),(2)に関する検査が全く実施されなくてもよい。
次に、上述のようにして選別された長尺金属板64を用いて蒸着マスク20を製造する方法について、主に図10〜図19を参照して説明する。以下に説明する蒸着マスク20の製造方法では、図10に示すように、長尺金属板64が供給され、この長尺金属板64に貫通孔25が形成され、さらに長尺金属板64を断裁することによって枚葉状の金属板21からなる蒸着マスク20が得られる。
なお感光性レジスト材料として、ポジ型のものが用いられてもよい。この場合、露光マスクとして、レジスト膜のうちの除去したい領域に光を透過させるようにした露光マスクが用いられる。
次に、得られた蒸着マスク20を用いてガラス基板92上に蒸着材料を蒸着させる方法について説明する。はじめに図2に示すように、蒸着マスク20を基板92に対して密着させる。この際、図1に示すように、複数の蒸着マスク20をフレーム15に張設することによって、蒸着マスク20の面がガラス基板92の面に平行になるようにする。その後、るつぼ94内の蒸着材料98を加熱することにより、蒸着材料98を気化または昇華させる。気化または昇華した蒸着材料98は、蒸着マスク20の貫通孔25を通ってガラス基板92に付着する。この結果、蒸着マスク20の貫通孔25の位置に対応した所望のパターンで、蒸着材料98がガラス基板92の表面に成膜される。
また本実施の形態によれば、上述の条件(2)により、蒸着マスク20の熱膨張係数をガラス基板92の熱膨張係数と同等の値にすることができる。このため、蒸着工程の際、熱膨張に起因して蒸着マスク20の有効領域22の位置がガラス基板92に対して変化してしまうことを抑制することができる。このことにより、蒸着マスク20に割り付けられた複数の有効領域22の全てに関して、高い位置精度で蒸着材料98をガラス基板92に付着させることが可能になる。
本実施の形態によれば、これらのことにより、ガラス基板92上に付着される蒸着材料98の位置精度を十分に維持しながら、錆び45によってガラス基板92が傷ついてしまうことを抑制することができる。
はじめに、34〜38質量%のニッケルと、クロムと、残部の鉄および不可避の不純物と、を含む鉄合金から構成された母材を準備した。次に、母材に対して上述の圧延工程、スリット工程、アニール工程および切断工程を実施することにより、長尺金属板が巻き取られた巻き体(第1巻き体)を製造した。
その後、シャーを用いて長尺金属板64を所定の範囲で、例えば30×30mmの範囲で切り出して第1試料を得た。次に、XRF法を用いて、第1試料の組成を分析した。測定器としては、Rigaku製の波長分散型XRF装置RIX−3100を用いた。組成分析の条件は以下のとおりである。
試料に入射させたX線の条件:Rh管球、4.0kW(50kV、80mA)
測定径:20mmφ
測定雰囲気:真空(13Pa)
測定範囲(測定対象元素):5B〜92U
定量方法:ファンダメンタルパラメータ法
上述の第1巻き体の長尺金属板を、シャーを用いて200×200mmの範囲で切り出して、第1サンプルを得た。次に、アルカリ性の脱脂剤を用いて、第1サンプルの表面の脱脂処理を実施した。その後、有機溶剤、例えばn−メチルピロリドンを用いて、第1サンプルの洗浄処理を実施した。次に、実体顕微鏡を用いて、第1サンプルの表面に錆びが生じているかどうかを観察した。実体顕微鏡の倍率は20倍に設定した。この場合、10μmφ以上の寸法を有する錆びを検知可能である。結果、錆びは生じていなかった。
上述の第1巻き体の長尺金属板の熱膨張係数を測定した。具体的には、シャーを用いて長尺金属板64を所定の範囲で切り出して第1片を得た。次に、第1片に引っ張り荷重をかけた状態で第1片を加熱することにより、第1片の熱膨張係数を測定した。なお引っ張り荷重の方向は、長尺金属板64の長手方向、すなわち蒸着マスク20の長手方向に一致している。すなわち、得られる熱膨張係数は、蒸着マスク20の長手方向に一致する方向における熱膨張係数であると言える。引っ張り荷重は、153.86mN/mm2に設定した。測定器としては、株式会社日立ハイテクサイエンス製のTMA/7100を用いた。測定は、30〜355℃の温度範囲で実施した。具体的には、昇温速度5℃/分で温度を30℃から355℃まで上昇させながら、0.5秒のサンプリング間隔で測定を行った。
第1巻き体の場合と同様にして、34〜38質量%のニッケルと、クロムと、残部の鉄および不可避の不純物と、を含む鉄合金から構成された母材を用いて、第2巻き体〜第10巻き体を製造した。さらに、第1巻き体の場合と同様にして、第2巻き体〜第10巻き体に関して、組成の分析、洗浄に対する耐性の評価、および、熱膨張係数の測定を実施した。
第1巻き体〜第10巻き体の長尺金属板の組成の分析結果を図21に示す。図21に示すように、第4〜第7巻き体においては、判定結果が「○」となった。すなわち、上述の条件(1),(2)がいずれも満たされていた。一方、第1〜第3巻き体および第8〜第10巻き体においては、判定結果が「×」となった。すなわち、上述の条件(1)または(2)の少なくとも1つが満たされていなかった。具体的には、第1〜第3巻き体においては、上述の条件(1)が満たされていなかった。また、第8〜第10巻き体においては、上述の条件(2)が満たされていなかった。
第1巻き体〜第10巻き体の長尺金属板から切り出したサンプルに対して実施した、上述の洗浄に対する耐性の評価結果を図22に示す。図22に示すように、第4巻き体〜第10巻き体の長尺金属板から切り出された、クロムの含有比率が0.10質量%以上であるサンプルについては、50回目の洗浄後の評価においても錆びが観察されなかった。一方、第1巻き体〜第3巻き体の長尺金属板から切り出された、クロムの含有比率が0.10質量%未満であるサンプルについては、錆びが観察された。
第1巻き体〜第10巻き体の長尺金属板から切り出した片を用いて実施した、熱膨張係数の測定結果を図23に示す。図23に示すように、第1巻き体〜第7巻き体の長尺金属板から切り出された、クロムの含有比率が0.30質量%以下である片については、25℃における熱膨張係数が0.70〜2.00×10−6/Kの範囲内になっていた。一方、第8巻き体〜第10巻き体の長尺金属板から切り出された、クロムの含有比率が0.30質量%を超える片については、25℃における熱膨張係数が2.00×10−6/Kを超えていた。
21 金属板
21a 金属板の第1面
21b 金属板の第2面
22 有効領域
23 周囲領域
25 貫通孔
30 第1凹部
31 壁面
35 第2凹部
36 壁面
41 接続部
41a 欠け
43 合流部分
45 錆び
55 母材
56 圧延装置
57 アニール装置
61 コア
62 巻き体
64 長尺金属板
64a 長尺金属板の第1面
64b 長尺金属板の第2面
64c 第1表面層
64d 第2表面層
64e バルク層
92 基板(ガラス基板)
Claims (7)
- 複数の貫通孔を形成して蒸着マスクを製造するために用いられる金属板の製造方法であって、
前記蒸着マスクの前記貫通孔は、前記金属板をエッチングすることによって形成されるものであり、
前記金属板の製造方法は、
ニッケルおよびクロムを含む鉄合金からなる母材を圧延する圧延工程と、
圧延された前記母材をアニールして前記金属板を得るアニール工程と、を備え、
前記金属板に含まれる各構成元素の質量の合計を100質量%としたときに、前記金属板は、34〜38質量%のニッケルと、0.26〜0.30質量%のクロムと、残部の鉄および不可避の不純物と、を含む鉄合金からなり、
前記金属板の厚みは、10〜50μmの範囲内である、金属板の製造方法。 - 前記アニール工程は、前記圧延された母材を長手方向に引っ張りながら実施される、請求項1に記載の金属板の製造方法。
- 前記アニール工程は、大気環境下よりも低い分圧で存在する酸素ガスと、不活性ガスとを含む雰囲気下で実施される、請求項2に記載の金属板の製造方法。
- 複数の貫通孔を形成して蒸着マスクを製造するために用いられる金属板であって、
前記蒸着マスクの前記貫通孔は、前記金属板をエッチングすることによって形成されるものであり、
前記金属板に含まれる各構成元素の質量の合計を100質量%としたときに、前記金属板は、34〜38質量%のニッケルと、0.26〜0.30質量%のクロムと、残部の鉄および不可避の不純物と、を含む鉄合金からなり、
前記金属板の厚みは、10〜50μmの範囲内である、金属板。 - 複数の貫通孔が形成された蒸着マスクを製造する方法であって、
金属板を準備する工程と、
前記金属板上にレジストパターンを形成するレジストパターン形成工程と、
前記金属板のうち前記レジストパターンによって覆われていない領域をエッチングし、前記金属板に、前記貫通孔を画成するようになる凹部を形成するエッチング工程と、を備え、
前記金属板に含まれる各構成元素の質量の合計を100質量%としたときに、前記金属板は、34〜38質量%のニッケルと、0.26〜0.30質量%のクロムと、残部の鉄および不可避の不純物と、を含む鉄合金からなり、
前記金属板の厚みは、10〜50μmの範囲内である、蒸着マスクの製造方法。 - 前記金属板は、所定の方向に延びる長尺状の金属板であり、
前記蒸着マスクは、前記長尺状の金属板が延びる方向に沿って配列された複数の有効領域を有し、
前記有効領域はそれぞれ、複数の前記貫通孔を含む、請求項5に記載の蒸着マスクの製造方法。 - 前記金属板の熱膨張係数が、25℃において0.70〜2.0×10−6/Kの範囲内である、請求項5または6に記載の蒸着マスクの製造方法。
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