JPWO2018043642A1 - メタルマスク用素材およびその製造方法 - Google Patents
メタルマスク用素材およびその製造方法Info
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Abstract
Description
本発明の目的は、エッチング後の形状変化を抑制するとともに、良好なレジスト密着性とエッチング加工性を得るうえで好適なメタルマスク用素材とその製造方法を提供することである。
前記メタルマスク用素材は、圧延方向における表面粗さと圧延方向と直交する方向における表面粗さとがともに、0.05μm≦Ra≦0.25μm、Rz≦1.5μm以下であり、
前記メタルマスク用素材は、圧延方向と直交する方向におけるスキューネスRskが0以上であり、
前記メタルマスク用素材から長さ150mm、幅30mmの試料を切り出し、前記試料を片側からエッチングし、前記試料の板厚の60%を除去したときの反り量が15mm以下であり、板厚が0.10mm以上0.5mm以下であるメタルマスク用素材である。
好ましくは、前記メタルマスク用素材の圧延方向におけるスキューネスRskが前記メタルマスク用素材の圧延方向と直交する方向におけるRskよりも小さい。
好ましくは、前記メタルマスク用素材の圧延方向と直交する方向における表面粗さRaが、前記メタルマスク用素材の圧延方向における表面粗さRaよりも大きい。
好ましくは、前記メタルマスク用素材の圧延方向と直交する方向におけるRskが1以下である。
好ましくは、前記メタルマスク用素材から長さ150mm、幅30mmの試料を切り出し、前記試料を片側からエッチングし、前記試料の板厚の20%、30%、50%のいずれかを除去したときの反り量が15mm以下である。
前記冷間圧延用素材に対する仕上冷間圧延工程における最終パスの条件が、圧下率:35%以下、圧延ロールの噛み込み角:1.0°以上であり、
前記メタルマスク用素材は、圧延方向における表面粗さと圧延方向と直交する方向における表面粗さとがともに、0.05μm≦Ra≦0.25μm、Rz≦1.5μm以下であり、圧延方向と直交する方向におけるスキューネスRskが0以上であるとともに、
前記メタルマスク用素材から長さ150mm、幅30mmの試料を切り出し、前記試料を片側からエッチングし、前記試料の板厚の60%を除去したときの反り量が15mm以下であり、
仕上冷間圧延後の素材の板厚が0.10mm以上0.5mm未満であることを特徴とするメタルマスク用素材の製造方法である。
好ましくは、前記圧延ロールの噛み込み角が3.0°以下である。
好ましくは、前記仕上冷間圧延工程における最終パスの圧下率が、15%〜35%である。
好ましくは、前記仕上冷間圧延工程の最終パスに用いるロールの円周方向と直交する方向の表面粗さRaが0.05〜0.25μmである。
好ましくは、前記仕上冷間圧延工程の圧延速度が150m/min以下である。
本発明のメタルマスク用素材を、質量%で、C:0.01%以下、Si:0.5%以下、Mn:1.0%以下、Ni:30〜50%を含有し、残部がFe及び不可避的不純物である化学組成のFe−Ni合金とした理由は以下のとおりである。
[C:0.01質量%以下]
Cは、エッチング性に影響を及ぼす元素である。Cが過度に多く含まれるとエッチング性を阻害するため、Cの上限を0.01%とした。Cは0%でも良いが、製造工程上少なからず含まれるものであるため、下限は特に限定しない。
[Si:0.5質量%以下、Mn:1.0質量%以下]
Si、Mnは、通常、脱酸の目的で使用され、Fe−Ni合金に微量含有されているが、過剰に含有すれば偏析を起こし易くなるため、Si:0.5%以下、Mn:1.0%以下とした。好ましいSi量とMn量は、Si:0.1%以下、Mn:0.5%以下である。SiとMnの下限は、例えばSiは0.05%、Mnは0.05%と設定することができる。
[Ni:30〜50質量%]
Niは、熱膨張係数を調整する作用を有し、低熱膨張特性に大きな影響を及ぼす元素である。含有量が30%より少なく、または50%を越えるものでは熱膨張係数を低める効果がなくなるため、Niの範囲は30〜50%とする。好ましいNi量は32〜45%である。
上記以外を構成するのはFe及び不可避的不純物である。
(表面粗さ)
本発明のメタルマスク用素材の表面粗さは、算術平均粗さRa(JIS−B−0601−2001に準拠)が0.05〜0.25μmであり、かつ最大高さRz(JIS−B−0601−2001に準拠)が1.5μm以下であることを特徴とする。上記範囲内のRaおよびRzを有することで、本発明の素材は高精度なエッチング加工が可能となる。Raが0.25μmを超える場合、素材表面が粗すぎるためエッチングの進行にばらつきが生じ、高精度なエッチング加工が困難となる。Raが0.05μm未満の場合、レジストの密着性が低下する傾向にある。また上記Raの範囲を満たしていても、Rzが1.5μmを超える場合、素材表面の一部に、粗さ曲線における大きな山部分が形成され、その山部からエッチングが進行してエッチングムラの要因となるため、好ましくない。Rzの下限は特に限定しないが、より高い密着性を得るために、Rzの下限を0.3μmに設定すると好ましい。より好ましいRaの上限は0.20μmであり、より好ましいRzの上限は1.2μmである。上記の表面粗さの規定は、局所的なエッチングムラを抑制するために、メタルマスク用素材の圧延方向と直交する方向(以降、「幅方向」または「圧延直角方向とも記載する)の表面粗さと、圧延方向(以降、「長手方向」とも記載する)の表面粗さとの両方で満たすことが好ましい。また、本実施形態におけるメタルマスク用素材の幅方向の表面粗さは、圧延方向に測定した表面粗さよりも大きくなっていることが好ましい。これにより圧延油をロールと素材との間から排出させやすくなり、圧延油の噛み込みによって形成されるオイルピットを抑制することが可能である。具体的には幅方向のRaは圧延方向のRaより10%以上高い値であると、上述したオイルピット抑制効果を得やすくなるため好ましい。なお表面粗さの測定には、一般的に使用されている接触式または非接触式の粗さ計を用いることができる。
本実施形態のメタルマスク用素材は、長さ150mm、幅30mmの試料を切り出し、前記試料を片側からエッチングし、前記試料の板厚の60%を除去したときの反り量が15mm以下であることを特徴とする。上記に示すように、板厚の60%の領域の残留応力も低減させることで、応力のバランスがより崩れる板厚中央付近のエッチングを行っても、変形を抑制し、良好にエッチング加工を進行させることができる。そのため多様な深さのハーフエッチングに対応でき、エッチングパターンの自由度を向上させることができる。好ましくは、前記試料の板厚の20%、30%、50%のいずれかを除去したときの反り量が15mm以下である。より好ましくは、前記試料の板厚の20、30、50%のいずれを除去しても反り量が15mm以下である。この反り量は13mm以下が好ましく、11mm以下がより好ましく、9mm以下がさらに好ましい。最も好ましくは、応力バランスが崩れやすく、大きな反りが発生しやすい、試料の板厚を50%除去した際における反り量が9mm以下であり、板厚の20%または30%を除去した際における反り量が7mm以下であることが好ましい。本実施形態では、長手方向が圧延方向となるように試料を切断し、反りを測定している。なお本実施形態における反り量の測定方法は、試料の片側からエッチングで除去した後、カットサンプルの上端を垂直定盤に接する状態で吊り下げ、反りにより垂直定盤から離れたカットサンプルの下端と、垂直定盤との水平距離を反り量として測定している。
本実施形態の製造方法は、例えば、真空溶解−熱間鍛造−熱間圧延−冷間圧延という工程を適用することができる。必要に応じて、冷間圧延前の段階で1200℃程度で均質化熱処理を行い、冷間圧延工程中には、冷間圧延材の硬さを低減するために800〜950℃の焼鈍を1回以上行うことができる。上記冷間圧延工程では、表面のスケールを除去する研磨工程や、素材端部のオフゲージ部(板厚が厚い部分)の除去および圧延加工で発生する耳波部を除去するために耳切り工程を行ってもよい。熱処理工程時に使用する炉も、縦型炉、横型炉(水平炉)等既存のものを使用しても良いが、通板中の折れの防止や、素材の急峻度をより高めるために、自重によるたわみが発生し難い縦型炉を使用することが好ましい。
本実施例のメタルマスク用素材の化学組成を表1に示す。本実施例のFe−Ni合金は、真空溶解−熱間鍛造−均質化熱処理−熱間圧延で厚さ2〜3mmに仕上げる工程の後、冷間圧延を実施した。熱間圧延後のFe−Ni合金には2回の焼鈍を含む冷間圧延を行い、Fe−Ni合金冷間圧延材を作製した。仕上冷間圧延の最終パス前のFe−Ni合金冷間圧延材のそれぞれの厚さは、0.125mm(試料No.1)と0.275mm(試料No.2)であり、試料No.1は仕上冷間圧延後に0.10mm(圧下率20%)、試料No.2は仕上冷間圧延後に0.20mm(圧下率27%)となるように圧延条件を調整した。この時の試料No.1のロールの噛み込み角は1.28°であった。また試料No.2のロールの噛み込み角は2.22°であった。また、試料No.1と試料No.2において、仕上冷間圧延時の圧延速度はおよそ100m/minであった。また、仕上冷間圧延に用いたロールの円周方向(ロールの回転方向)と直交する方向の粗さRaが0.08〜0.25μmの範囲内であるロールを用いた。仕上冷間圧延後には、No.1の試料は600℃の温度で2分間、No.2の試料は630℃の温度で1分間歪取り焼鈍を行った。また比較例として、圧延条件を調整してロール噛み込み角を1.0°未満に調整した試料No.11を作成した。試料No.11の化学組成や最終板厚、歪取り焼鈍条件は試料No.1と同様である。
次に、試料No.1および試料No.2の長さ150mm、幅30mmのカットサンプルを複数準備し、エッチングの除去量を表3に示すように変更した本発明例の試料No.3〜8を作成し、反り量の測定を行った。表3において、試料No.3〜5が試料No.1から作成した試料であり、試料No.6〜8が試料No.2から作成した試料である。反り量の測定方法や使用したエッチング液は、実施例1で使用したものと同様である。結果を表3に示す。
Claims (10)
- 質量%で、C:0.01%以下、Si:0.5%以下、Mn:1.0%以下、Ni:30〜50%を含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなるメタルマスク用素材であって、
前記メタルマスク用素材は、圧延方向における表面粗さと圧延方向と直交する方向における表面粗さとがともに、0.05μm≦Ra≦0.25μm、Rz≦1.5μm以下であり、
前記メタルマスク用素材は、圧延方向と直交する方向におけるスキューネスRskが0以上であり、
前記メタルマスク用素材から長さ150mm、幅30mmの試料を切り出し、前記試料を片側からエッチングし、前記試料の板厚の60%を除去したときの反り量が15mm以下であり、板厚が0.10mm以上0.5mm以下であるメタルマスク用素材。 - 前記メタルマスク用素材の圧延方向におけるスキューネスRskが前記メタルマスク用素材の圧延方向と直交する方向におけるRskよりも小さい、請求項1に記載のメタルマスク用素材。
- 前記メタルマスク用素材の圧延方向と直交する方向における表面粗さRaが、前記メタルマスク用素材の圧延方向における表面粗さRaよりも大きい、請求項1または2に記載のメタルマスク用素材。
- 前記メタルマスク用素材の圧延方向と直交する方向におけるRskが1.0以下である、請求項1〜3のいずれかに記載のメタルマスク用素材。
- 前記メタルマスク用素材から長さ150mm、幅30mmの試料を切り出し、前記試料を片側からエッチングし、前記試料の板厚の20%、30%、50%のいずれかを除去したときの反り量が15mm以下であることを特徴とする、請求項1〜4のいずれかに記載のメタルマスク用素材。
- 質量%で、C:0.01%以下、Si:0.5%以下、Mn:1.0%以下、Ni:30〜50%を含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなる冷間圧延用素材を冷間圧延してメタルマスク用素材を得るメタルマスク用素材の製造方法であって、
前記冷間圧延用素材に対する仕上冷間圧延工程における最終パスの条件が、圧下率:35%以下、圧延ロールの噛み込み角:1.0°以上であり、
前記メタルマスク用素材は、圧延方向における表面粗さと圧延方向と直交する方向における表面粗さとがともに、0.05μm≦Ra≦0.25μm、Rz≦1.5μm以下であり、圧延方向と直交する方向におけるスキューネスRskが0以上であるとともに、
前記メタルマスク用素材から長さ150mm、幅30mmの試料を切り出し、前記試料を片側からエッチングし、前記試料の板厚の60%を除去したときの反り量が15mm以下であり、
仕上冷間圧延後の素材の板厚が0.10mm以上0.5mm以下であることを特徴とするメタルマスク用素材の製造方法。 - 前記圧延ロールの噛み込み角が3.0°以下である、請求項6に記載のメタルマスク用素材の製造方法。
- 前記仕上冷間圧延工程における最終パスの圧下率が、15%〜35%である、請求項6または7に記載のメタルマスク用素材の製造方法。
- 前記仕上冷間圧延工程の最終パスに用いるロールの円周方向と直交する方向の表面粗さRaが0.05〜0.25μmである、請求項6〜8のいずれかに記載のメタルマスク用素材の製造方法。
- 前記仕上冷間圧延工程の圧延速度が150m/min以下である、請求項6〜9のいずれかに記載のメタルマスク用素材の製造方法。
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