JP6509630B2 - シート状のマスク - Google Patents

Description

本発明は、一方向に走行されるシート状の基材に対して同方向に同期して走行され、シート状の基材への成膜材料の供給範囲を規定する複数個の開口部を有するシート状のマスクに関し、より詳しくは、一定の速度で走行されるシートの基材に対してシート状のマスク越しに成膜材料を供給して所定のパターンで連続成膜するために利用されるものに関する。

従来から、シート（帯）状の基材に対して成膜やエッチング処理などの所定の処理を施す場合、繰出ローラからシート状の基材を繰り出し、所定速度でシート状の基材を走行させながらシート状の基材に対し連続して所定の処理を施し、処理済みのシート状の基材を巻取ローラに巻き取ることが行われている（特許文献１，２参照）。このように処理を行うものの中には、シート状の基材への成膜材料の供給範囲を規定してシート状の基材に所定のパターンで成膜するために、シート状の基材と成膜源との間でシート状の基材に走行方向と同方向にシート状のマスクを同期して走行させ、マスク越しに成膜することが一般に知られている。

上記用途のシート状のマスクとしては、例えば１ｍｍ以下の厚さを有するステンレス製のもので、シート状の基材とシート状のマスクとの走行方向をＸ軸方向、Ｘ軸方向に直交するシート状のマスクの幅方向をＹ軸方向とした場合、Ｘ軸方向に夫々のびる複数本の縦帯部と、Ｙ軸方向に夫々のびて互いに隣接する縦帯部間を橋渡す複数本の横帯部とを備えてこれら縦帯部と横帯部とで成膜材料の基材への供給を可能とする開口部が区画されるようにしたものがある。このシート状のマスクを用いて成膜する際、シート状の基材に対して成膜を行う領域にてシート状のマスクが撓んだ状態で走行していると、基材とマスクとの間隔が変化して基材に成膜した薄膜にマスクボケが生じることになる。このため、走行するシート状のマスクに対しＸ軸方向に所定の張力を付与する（つまり、シート状のマスクへの加張張力を高くする）ことによって、シート状のマスクの撓み量が許容範囲内にしているが、この付与する張力によっては、シート状のマスクに座屈（マスクの表面が波打つように歪むこと）が生じることが判明した。シート状のマスクに座屈が生じていると、もはや高精度で基材に対して所定のパターンで連続して成膜することができない。

そこで、本発明の発明者らは、鋭意研究を重ね、縦帯部と横帯部とで構成されるシート状のマスクにＸ軸方向の張力を付与したとき、直接張力を受ける縦帯部が伸び、直接張力を受けない横帯部との間で伸び量に差が発生し、伸び量の差が所定値を超えるときに横帯部に座屈が発生することの知見を得るのに至った。

特開２０００−１８３５００号公報 特開２００３−１７３８７０号公報

本発明は、以上の知見に基づきなされたものであり、シート状のマスクに対してＸ軸方向に所定の張力を付与したときでも座屈の発生が抑制されるようにしたシート状のマスクを提供することをその課題とするものである。

上記課題を解決するために、一方向に走行されるシート状の基材に対して同方向に同期して走行され、シート状の基材への処理範囲を規定する複数個の開口部を有する本発明のシート状のマスクは、シート状の基材とシート状のマスクとの走行方向をＸ軸方向、Ｘ軸方向に直交するシート状のマスクの幅方向をＹ軸方向とし、Ｘ軸方向に夫々のびる複数本の縦帯部と、Ｙ軸方向に夫々のびて互いに隣接する縦帯部間を橋渡す複数本の横帯部とを備え、これら縦帯部と横帯部とで開口部が区画され、シート状のマスクにＸ軸方向に所定の張力が付与された状態で、横帯部の両辺の縦帯部との交点におけるＸ軸方向の伸び量の和が所定値を超えないように縦帯部と横帯部とを構成したことを特徴とする。

本発明によれば、横帯部の両辺と縦帯部との夫々交点を基準とし、この基準とする横帯部の両辺の縦帯部との交点におけるＸ軸方向の伸び量の和が所定値を超えないように縦帯部と横帯部とを構成したため、シート状のマスクに対して当該マスクの撓み量が許容範囲内になるようにＸ軸方向に所定の張力を付与したときでも、座屈の発生を効果的に抑制することができる。上記所定値を３μｍ未満となるように設定すれば、座屈の発生を確実に抑制できることが確認された。

本発明において、縦帯部と横帯部とを構成するには、例えば、縦帯部及び横帯部の材質（つまり、縦弾性係数）や、縦帯部及び横帯部の幅を所定のものに設定することが含まれる。縦帯部として、横帯部と比較して高い縦弾性係数又は高い密度を有する材料を用いることで、縦帯部のＸ軸方向の伸び量を抑えることができ、開口部の設計自由度を高めることができて有利である。尚、本発明において、シート状のマスクの厚さを０．１〜０．２ｍｍの範囲とすることが好ましい。

本発明の実施形態のシート状のマスクを用いる成膜装置の構成を示す模式斜視図。 図１に示す成膜装置の模式断面図。 本発明の実施形態のシート状のマスクを示す模式平面図。 シート状のマスクの変形例を示す模式平面図。

以下、図面を参照して、成膜装置の成膜室内で一方向に走行されるシートの基材Ｓｗに対して同方向に同期して走行され、シート状の基材への成膜範囲を規定する複数個の開口部を有するものを例に本発明の実施形態のシート状のマスクについて説明する。以下においては、成膜室１ａ内でシート状の基材Ｓｗの部分Ｓｗ１が一方向に移送される方向をＸ軸方向（図２中の左右方向）、Ｘ軸方向に直交するシート状のマスクの幅方向をＹ軸方向、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に直交する方向をＺ軸方向（図２中の上下方向）とし、また、Ｘ軸方向及びＺ軸方向における上、下、左、右といった方向を示す用語は図２を基準とする。

図１及び図２を参照して、ＤＭは、本実施形態のシート状のマスクが用いられる成膜装置である。成膜装置ＤＭは、図示省略の真空ポンプが接続されて所定圧力に真空引きされる真空処理室１を備え、真空処理室１は、シート状の基材Ｓｗに対して成膜処理を施す成膜室１ａと、成膜室１ａのＸ軸方向の左右に夫々連設された上流側補助室１ｂと、下流側補助室１ｃとで構成されている。

上流側補助室１ｂには、回転軸２１ａにシート状の基材Ｓｗを巻回した状態で保持し、回転軸２１ａがモータＤＭ１で回転駆動される繰出ローラ２１と、繰出ローラ２１から繰り出されたシート状の基材Ｓｗが巻き掛けられて成膜室１ａの上部空間へと案内する２つのガイドローラ２２，２３と、Ｚ軸方向に移動自在なダンサーローラ２４とが設けられている。ダンサーローラ２４の回転軸２４ａには、この回転軸２４ａを上方に向けて付勢するばね２４ｂが付設され、基材Ｓｗに対しＸ軸方向に所定の張力を付与している。

下流側補助室１ｃには、モータＤＭ３で回転駆動される回転軸３１ａに成膜済みの基材Ｓｗを巻き取る巻取ローラ３１と、巻取ローラ３１へとシート状の基材Ｓｗを案内するガイドローラ３２とが設けられている。そして、上記ガイドローラ２３とガイドローラ３２とにより、シート状の基材Ｓｗが成膜室１ａの上部空間をＸ軸方向に水平に移送され、その下面が成膜面となる。

成膜室１ａには、シート状の基材Ｓｗに対する成膜材料の供給範囲を規定するシート状のマスクＳｍを走行するマスク走行手段４と、マスク走行手段４を支持する支持台５とが設けられている。マスク走行手段４は、基板部４１ａと基板部４１ａに立設した支持部４１ｂとで構成される架台４１と、支持部４１ｂで軸支される４本のローラ４２ａ〜４２ｄとを備え、ローラ４２ｄの回転軸はモータＤＭ２に接続されている。各ローラ４２ａ〜４２ｄにシート状のマスクＳｍが無端状に巻き掛けられ、モータＤＭ２の回転駆動により、シート状のマスクＳｍの部分Ｓｍ１を上下方向に所定間隔を持って水平に走行させることができる。ローラ４２ａ、４２ｂは、図示省略の公知の駆動手段によりＸ軸方向に移動自在に構成され、ローラ４２ａ，４２ｂをＸ軸方向に夫々移動させることで、両ローラ４２ａ，４２ｂ間のシート状のマスクＳｍの部分Ｓｍ１に付与される張力を調整できるようになっている。尚、上記ダンサーローラ２４と同様のダンサーローラを設けてシート状のマスクＳｍに対する加張張力を調整するように構成してもよい。シート状のマスクＳｍの部分Ｓｍ１の下方には、成膜手段６が配置されている。成膜手段６は、シート状の基材Ｓｗに成膜しようする薄膜の組成に応じて選択させる成膜材料（図示せず）を抵抗加熱により蒸発させる抵抗ボード６１と、抵抗ボード６１が格納されるボックス６２とを備える。

シート状の基材Ｓｗに対する成膜材料の供給範囲を規定するシート状のマスクＳｍとしては、図３に示すように、１ｍｍ以下、例えば、０．１〜０．２ｍｍの厚みを有するものであって、軸方向に夫々のびる複数本の縦帯部７１と、Ｙ軸方向に夫々のびて互いに隣接する縦帯部７１間を橋渡す複数本の横帯部７２とを備え、これら縦帯部７１と横帯部７２とで上記成膜材料の基材Ｓｗへの供給を可能とする平面視矩形の開口部７３が区画されるようにしたものが用いられる。

ここで、シート状の基材Ｓｗに水平に走行されるシート状のマスクＳｍの部分Ｓｍ１は、自重により下方に撓む。そして、シート状のマスクＳｍの撓み量が大きいと、シート状の基材Ｓｗとの間隔が広くなり過ぎてマスクぼけが発生する。この場合、シート状のマスクＳｍは、断面二次モーメントの影響が殆ど無い厚さであるので、シート状のマスクＳｍの撓み量を許容範囲内に抑えるために、当該シート状のマスクＳｍのＸ軸方向への加張張力を高くする必要がある。この場合、加張張力は、マスクＳｍの材料の縦弾性係数（ヤング率）、開口部７３のサイズ、シート状のマスクＳｍの張力が付与される部分の長さ（加張距離）を変数とする公知のカテナリ曲線の方程式を用いて算出されるが、直接張力を受けて伸びる縦帯部７１と直接張力を受けない横帯部７２との間の伸び量の差が所定値を超えると、横帯部７２に座屈（上下方向に波打つ変形）が発生し、これでは、シート状の基材Ｓｗとシート状のマスクＳｍとの間の間隔を制御できず、また、開口部７３の形状が変形してしまい、緻密なパターン成膜が困難となる。このため、シート状のマスクＳｍの材料としては、自重減となる低い密度を有し、かつ、伸び減となる高い縦弾性係数を有する材料を選定することが望ましい。

そこで、本実施形態では、横帯部７２の両辺７２ａ，７２ｂと縦帯部７１との夫々の交点を基準とし、この基準とする交点におけるＸ軸方向の伸び量Ｄａ，Ｄｂの和（Ｄａ＋Ｄｂ）が所定値（例えば、３μｍ）を超えないように、縦帯部７１と横帯部７２とを構成するようにした。成膜のための所望開口Ｇ１／Ｇ２に対して、「縦帯部７１と横帯部７２とを構成する」とは、例えば、横帯部７２の幅Ｗ２を設定したり、縦帯部７１と横帯部７２とを異なる材料で形成することを含む。横帯部７２の幅Ｗ２は０．５〜１５ｍｍの範囲内で夫々設定できるが、縦帯部７１の幅Ｗ１を横帯部７２の幅Ｗ２よりも広く設定することにより、縦帯部７１のＸ軸方向の伸び量を抑制でき、ひいては、上記伸び量Ｄａ，Ｄｂの和を小さくできる。また、マスクＳｍの材料としては、ＳＵＳ３０４やＳＵＳ３１６のようなステンレス、Ｆｅ−Ｎｉ（Ｉｎｖｅｒ）等の合金、ポリイミド樹脂（ＰＩ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、フッ素樹脂（ＰＴＦＥ）等の樹脂、樹脂と炭素繊維との炭素繊維強化プラステック（ＣＦＲＰ）及び金属と炭素繊維との炭素繊維強化金属（ＣＦＲＭ）のうちから選択することができるが、縦弾性係数または密度の大きい材料（例えば、ＣＦＲＰ）を用いることで、マスクＳｍのＸ軸方向の伸びを抑制でき、縦帯部７１の幅Ｗ１を狭くしたり、縦帯部７１の間隔Ｇ１を長く設定したりする等、開口部７３の設計自由度を高めることができる。また、縦帯部７１と横帯部７２とを異なる材料で形成する場合、縦帯部７１として、横帯部７２と比較して高い縦弾性係数または高い密度を有する材料を用いることで、上記伸び量Ｄａ，Ｄｂの和を小さくできる。例えば、縦帯部７１の材料としてＣＦＲＰを、横帯部７２の材料としてＰＩを用いることができる。また、縦帯部７１及び横帯部７２をＣＦＲＰで形成してもよく、この場合、縦帯部７１が所定の縦弾性係数を有するようにＸ軸方向を繊維方向に設定すればよい。尚、シート状のマスクＳｍの厚さは、０．１〜０．２ｍｍの範囲に設定することができる。

本実施形態によれば、横帯部７２の両辺７２ａ，７２ｂと縦帯部７１との交点におけるＸ軸方向の伸び量Ｄａ，Ｄｂの和が所定値を超えないようにしたため、シート状のマスクＳｍに対してＸ軸方向に所定の張力を付与したときでも、座屈の発生を効果的に抑制することができる。これにより、シート状の基材Ｓｗの部分Ｓｗ１と、当該部分Ｓｗ１と平行に走行するシート状のマスクＳｍの部分Ｓｍ１との間の間隔を所定範囲に制御でき、しかも、開口部７３の変形を防止できるため、基材Ｓｗの下面に精度よく所定のパターンで連続して成膜することができる。

以上の実施形態を更に具体化した実施例について説明する。実施例１では、シート状のマスクＳｍの材料をＳＵＳ３０４（０．１ｍｍ厚）とし、縦帯部７１及び横帯部７２の夫々の幅Ｗ１，Ｗ２を１５ｍｍ，１５ｍｍとして作製した。この作製したマスクＳｍの最大撓みが０．２ｍｍ以下となるようにカテナリ曲線で求めた張力３６４ＮをマスクＳｍに付与した（加張距離は５００ｍｍ）。この状態で、横帯部７２の両辺７２ａ，７２ｂと縦帯部７１との交点におけるＸ軸方向の伸び量Ｄａ，Ｄｂの和を測定したところ、約３μｍであり、このとき横帯部７２に座屈が発生していないことが目視にて確認された。

次に、表１に示すように、マスク材料としてＳＵＳ３１６、Ｆｅ−Ｎｉ合金（Ｉｎｖａｒ）、ポリイミド樹脂（ＰＩ）、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）を用いて上記実施例１と同様にマスクＳｍを作製し、作製したマスクＳｍを夫々実施例２〜５とした。実施例１と同様にカテナリ曲線の方程式で求めた張力を実施例２〜５に夫々付与して、各マスク材料について、伸び量Ｄａ，Ｄｂの和が３μｍとなるＷ２の値を求めた。

また、マスクＳｍの縦帯部７１を炭素繊維強化プラスチック、横帯部７２をＳＵＳ３０４製とした点を除いて上記実施例１と同様のマスクＳｍを実施例６としたとき、カテナリ曲線で求めた張力２００ＮをマスクＳｍに付与しても、伸び量Ｄａ，Ｄｂの和は縦帯部７１の材料の縦弾性係数のみによって決まり、横帯部７２にはそもそも張力が作用していないので、これと比較して高い縦弾性係数を有する材料を用いることで、伸び量Ｄａ，Ｄｂの和を効果的に抑制できる。

上記実施例１〜５に対する比較のため、Ｗ２寸法を除いて上記実施例１と同様に作製したマスクＳｍを比較例１とし、上記発明品と同様にカテナリ曲線の方程式で求めた張力を比較品１に付与して伸び量Ｄａ，Ｄｂの和を測定したところ３μｍを超えており、このとき横帯部７２に座屈が発生することが確認された。これによれば、伸び量Ｄａ，Ｄｂの和が３μｍを超えると、横帯部７２に座屈が発生することが判った。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記のものに限定されるものではない。上記実施形態では、シート状のマスクＳｍとして平面視矩形の開口部７３を有するものを例に説明したが、これに限定されるものではなく、図４に示すように、縦帯部７１と横帯部７２とで平面視楕円の開口部７４が区画されるものであってもよい。この場合も上記実施形態と同様に、横帯部７２の両辺７２ａ，７２ｂと縦帯部７１との交点ＣＰを基準とし、この交点ＣＰにおけるＸ軸方向の伸び量Ｄａ，Ｄｂの和が３μｍを超えないように縦帯部７１及び横帯部７２を構成すればよい。この場合、図３に示す開口部と比較して、交点ＣＰにおいてＸ軸方向に伸び易い。そのため、マスクＳｍの材料として高い縦弾性係数を持つ材料の一例として炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）を用いることで、開口部７４の設計自由度を高めることができて有利である。

上記実施形態では、シート状のマスクＳｍを無端状に各ローラ４２ａ〜４２ｄに巻き掛けたものを例に説明したが、これに限定されるものではなく、繰出ローラから繰り出したシート状のマスクを巻取軸に巻き取るように構成することもできる。

上記実施形態では、成膜手段として抵抗ボードを用いて蒸着するものを例に説明したが、これに限定されるものではなく、成膜手段は、スパッタリングカソードや、ＣＶＤ法により所定の薄膜を形成するための原料ガス供給手段としてもよい。

上記実施形態では、シート状の基材Ｓｗの部分Ｓｗ１とシート状のマスクＳｍの部分Ｓｍ１とが上下方向に所定間隔を持って平行に走行されるものを例に説明したが、これに限定されるものではなく、シート状の基材Ｓｗの部分Ｓｗ１とシート状のマスクＳｍの部分Ｓｍ１とを接触させた状態で成膜するように構成することもできる。

Ｓｍ…シート状のマスク、Ｓｗ…シート状の基材、７１…縦帯部、７２…横帯部、７２ａ，７２ｂ…横帯部７２の両辺、７３，７４…開口部、ＣＰ…横帯部７２の両辺７２ａ，７２ｂの縦帯部７１との交点、Ｄａ，Ｄｂ…交点ＣＰにおけるＸ軸方向の伸び量。

Claims (4)

1. 一方向に走行されるシート状の基材に対して同方向に同期して走行され、シート状の基材への処理範囲を規定する複数個の開口部を有するシート状のマスクにおいて、
   シート状の基材とシート状のマスクとの走行方向をＸ軸方向、Ｘ軸方向に直交するシート状のマスクの幅方向をＹ軸方向とし、前記シート状のマスクは、Ｘ軸方向に夫々のびる複数本の縦帯部と、Ｙ軸方向に夫々のびて互いに隣接する縦帯部間を橋渡す複数本の横帯部とを備え、これら縦帯部と横帯部とで開口部が区画され、
   シート状のマスクにＸ軸方向に所定の張力が付与された状態で、横帯部の両辺の縦帯部との交点におけるＸ軸方向の伸び量の和が所定値を超えないように縦帯部と横帯部とを構成し、
   前記縦帯部として、前記横帯部と比較して高い密度を有する材料を用いることを特徴とするシート状のマスク。
2. 前記所定値は３μｍであることを特徴とする請求項１記載のシート状のマスク。
3. 前記縦帯部として、前記横帯部と比較して高い縦弾性係数を有する材料を用いることを特徴とする請求項１または請求項２記載のシート状のマスク。
4. 前記シート状のマスクの厚さを０．１〜０．２ｍｍの範囲としたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の連続成膜用のシート状のマスク。

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