(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
成膜面にメタルマスクを密着させた基板を高周波誘導コイルを内蔵する非金属材料から成る第１のステージ上に載置し、前記高周波誘導コイルにより前記メタルマスクを加熱しながら、前記メタルマスク側から前記基板の成膜面に液体の成膜材料を塗布するステップと、
前記成膜材料の塗布が終了すると、前記メタルマスクに付着し一部が硬化又は高粘度となった前記成膜材料と共に前記メタルマスクを前記基板から剥離するステップと、
前記メタルマスクが剥離された前記基板を前記第１のステージとは別の第２のステージまで搬送機構により移送し、焼成手段により前記塗布された液体の前記成膜材料を加熱焼成して薄膜パターンを形成するステップと、
を同じ装置本体内部で行うことを特徴とする成膜方法。
【請求項２】
前記メタルマスクの加熱温度は、前記液体の成膜材料の加熱焼成温度よりも低く設定されていることを特徴とする請求項１記載の成膜方法。
【請求項３】
前記メタルマスクは、前記基板の成膜面とは反対側に配置された磁石により吸引されて前記成膜面に密着され得るように磁性金属材料で形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の成膜方法。
【請求項４】
前記メタルマスクは、前記薄膜パターンと形状寸法の同じ開口パターンを設けたマスク層と、前記開口パターンを横断して前記マスク層の一面に設けられた複数の細線を有するサポート層と、を備え、前記マスク層を前記基板の成膜面に密着させて使用されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の成膜方法。
【請求項５】
前記液体の成膜材料は、カーボンナノチューブ、インジウムスズ酸化物のナノ粒子、又は金属ナノ粒子を溶液中に分散させたものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の成膜方法。
【請求項６】
基板の成膜面にメタルマスクを介して液体の成膜材料を塗布した後、これを加熱焼成して薄膜パターンを形成する成膜装置であって、
装置本体内部に、
高周波誘導コイルを内蔵する非金属材料から成る第１のステージ上に載置して保持された前記基板の成膜面に密着された前記メタルマスクを、前記高周波誘導コイルにより加熱する加熱装置と、
前記加熱装置による前記メタルマスクの加熱中に、前記メタルマスク側から前記基板の成膜面に前記成膜材料を塗布する塗布装置と、
前記メタルマスクに付着し一部が硬化又は高粘度となった前記成膜材料と共に剥離された前記メタルマスクが前記基板を、前記第１のステージとは別の第２のステージまで移送する搬送機構と、
前記第２のステージで前記基板に塗布された液体の前記成膜材料を加熱焼成して薄膜パターンを形成する焼成手段と、
を備えたことを特徴とする成膜装置。
【請求項７】
前記メタルマスクは、前記基板の前記成膜面とは反対側に配置された磁石により吸引されて前記成膜面に密着され得るように磁性金属材料で形成されていることを特徴とする請求項６記載の成膜装置。
【請求項８】
前記メタルマスクは、前記薄膜パターンと形状寸法の同じ開口パターンを設けたマスク層と、前記開口パターンを横断して前記マスク層の一面に設けられた複数の細線を有するサポート層と、を備え、前記マスク層を前記基板の成膜面に密着させて使用されることを特徴とする請求項６又は７記載の成膜装置。
【請求項９】
前記液体の成膜材料は、カーボンナノチューブ、インジウムスズ酸化物のナノ粒子、又は金属ナノ粒子を溶液中に分散させたものであることを特徴とする請求項６〜８のいずれか１項に記載の成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板の成膜面にメタルマスクを介して液体の成膜材料を塗布した後、これを加熱焼成して薄膜パターンを形成する成膜方法に関し、特に薄膜パターンの形成精度を向上しようとする成膜方法及び成膜装置に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の成膜方法は、透明樹脂基板に対し、金属ナノ粒子含有組成物を所定のパターン状に印刷して金属細線パターンを形成する工程と、前記金属細線パターンに対し中赤外線を照射する工程と、前記金属細線パターンに対しフラッシュ光を照射して加熱焼成を行う工程と、を有するものとなっていた（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−０３８７４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、このような従来の成膜方法においては、印刷用のマスクの少なくとも基板との接触面に撥液処理が施されていても、金属ナノ粒子含有組成物が流動性の高い液体であるときには、マスクのシャドー部と基板との間に上記金属ナノ粒子含有組成物が侵入して正常な薄膜パターンを形成することができない場合があった。
【０００５】
そこで、本発明は、このような問題点に対処し、薄膜パターンの形成精度を向上しようとする成膜方法及び成膜装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明による成膜方法は、成膜面にメタルマスクを密着させた基板を高周波誘導コイルを内蔵する非金属材料から成る第１のステージ上に載置し、前記高周波誘導コイルにより前記メタルマスクを加熱しながら、前記メタルマスク側から前記基板の成膜面に液体の成膜材料を塗布するステップと、前記成膜材料の塗布が終了すると、前記メタルマスクに付着し一部が硬化又は高粘度となった前記成膜材料と共に前記メタルマスクを前記基板から剥離するステップと、前記メタルマスクが剥離された前記基板を前記第１のステージとは別の第２のステージまで搬送機構により移送し、焼成手段により前記塗布された液体の前記成膜材料を加熱焼成して薄膜パターンを形成するステップと、を同じ装置本体内部で行うものである。
【０００７】
また、本発明による成膜装置は、基板の成膜面にメタルマスクを介して液体の成膜材料を塗布した後、これを加熱焼成して薄膜パターンを形成する成膜装置であって、装置本体内部に、高周波誘導コイルを内蔵する非金属材料から成る第１のステージ上に載置して保持された前記基板の成膜面に密着された前記メタルマスクを、前記高周波誘導コイルにより加熱する加熱装置と、前記加熱装置による前記メタルマスクの加熱中に、前記メタルマスク側から前記基板の成膜面に前記成膜材料を塗布する塗布装置と、前記メタルマスクに付着し一部が硬化又は高粘度となった前記成膜材料と共に前記メタルマスクが剥離された前記基板を、前記第１のステージとは別の第２のステージまで移送する搬送機構と、前記第２のステージで前記基板に塗布された液体の前記成膜材料を加熱焼成して薄膜パターンを形成する焼成手段と、を備えたものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、メタルマスクを加熱した状態で液体の成膜材料を塗布しているので、メタルマスクに付着した成膜材料は、一部が直ちに硬化又は高粘度となるため、メタルマスクのシャドー部の下に液体の成膜材料が回り込んで付着するのを防止することができる。したがって、メタルマスクの開口パターンの形状を基板上にそのまま転写することができ、薄膜パターンの形成精度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明による成膜装置の一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】上記成膜装置に使用するメタルマスクの構成を示す図であり、（ａ）は要部拡大平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面矢視図である。
【図３】上記成膜装置による成膜材料の塗布動作を示す説明図である。
【図４】メタルマスクを使用する従来の成膜装置の問題点を説明する図であり、図３の円Ｂに対応した部分を拡大して示す断面図である。
【図５】本発明による成膜方法を説明する工程図であり、図３の円Ｂを拡大して示した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
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装置の一実施形態を示す概略構成図である。この成膜装置は、基板の成膜面にメタルマスクを介して液体の成膜材料を塗布した後、これを加熱焼成して薄膜パターンを形成するためのもので、ステージ１と、塗布装置２と、加熱装置３と、図示省略の焼成手段と、を備えて構成されている。
【００１１】
装置本体内部には、ステージ１が設けられている。このステージ１は、被成膜基板としての例えば表示パネル４を保持するもので、非金属材料で形成されており、後述の加熱装置３を構成する高周波（以下「ＲＦ（Radio Frequency）」という）誘導アンテナコイル５が内蔵されている。
【００１２】
なお、表示パネル４の表示面４ａ上には、磁性金属材料からなるメタルマスク６が、表示パネル４の表示面４ａとは反対側の裏面に配置されたシート状の磁石７に吸引されて表示面４ａに密着固定されている。
【００１３】
上記メタルマスク６は、成膜形成しようとする薄膜パターンと形状寸法の同じ複数の開口パターン９を設けたもので、例えばニッケル、ニッケル合金、インバー又はインバー合金等で形成された厚みが１０μｍ〜３０μｍ程度のマスクシートであり、マスクシートの一面の周縁部には、インバー又はインバー合金等から成る枠状の金属フレーム８が接合された構成となっている。
【００１４】
詳細には、上記メタルマスク６は、図２に示すように、上記複数の開口パターン９を設けたマスク層１０と、マスク層１０の一面に上記開口パターン９を横断して設けられた複数の細線（以下「サポートライン１１ａ」という）からなるサポート層１１とを備えた構成を有している。この場合、上記マスク層１０とサポート層１１とは、２段階電気めっきにより形成される。これにより、隣接する開口パターン９を隔てる隔壁（シャドー部）９ａの幅が狭くなっても、上記開口パターン９を横断する複数のサポートライン１１ａにより保持されて開口パターン９の形状を維持することが可能となる。
【００１５】
上記ステージ１の上方には塗布装置２が設けられている。この塗布装置２は、例えばカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）、インジウムスズ酸化物（indium tin oxide：ＩＴＯ）のナノ粒子、又は金属ナノ粒子を溶液中に分散させた液体の成膜材料１６を表示パネル４の表示面４ａ上に塗布するもので、上記成膜材料１６を噴霧するスプレーノズル１２を含むものである。そして、このスプレーノズル１２は、図１に矢印で示すように、上記ステージ１の面に平行な面内を図示省略の移動機構によって移動可能に構成されている。
【００１６】
詳細には、上記塗布装置２は、例えばスプレーノズル１２の先端部に高速のエアを供給し、ベンチュリ効果によりノズル先端部に発生する負圧を利用して成膜材料１６を貯蔵タンクから管を通して吸い上げ、上記高速エアで霧状にして噴射させるものである。
【００１７】
上記ステージ１にＲＦ誘導アンテナコイル５を内蔵させて加熱装置３が設けられている。この加熱装置３は、ステージ１上に保持された表示パネル４に密着固定されているメタルマスク６を、上記液体の成膜材料１６の加熱焼成温度よりも低い温度で加熱するためのものであり、ＲＦ電源１３と、ＲＦ誘導アンテナコイル５と、インピーダンスマッチング回路１４と、を備えて構成された高周波誘導加熱装置である。
【００１８】
詳細には、ＲＦ電源１３は、例えば１．５ｋＨｚ〜４００ｋＨｚの高周波を発生するものである。また、ＲＦ誘導アンテナコイル５は、コイルを流れる高周波電流によってコイルの周りに電磁界を発生させるものである。この誘導電磁界により上記メタルマスク６の内部に誘導電流が生じ、それによりメタルマスク６に発生するジュール熱でメタルマスク６が自己発熱する。さらに、インピーダンスマッチング回路１４は、ＲＦ電源１３で発生した高周波電力を効率よくＲＦ誘導アンテナコイル５に伝達するためのもので、伝送路１５に生ずる反射波を抑えて最大出力が得られるようにＲＦ電源１３とＲＦ誘導アンテナコイル５との間の伝送路１５に挿入されている。このインピーダンスマッチング回路１４は、コイルＬとコンデンサＣを組み合わせた一般的な整合器である。
【００１９】
上記装置本体内部には、図示省略の焼成手段が設けられている。この焼成手段は、表示パネル４に塗布された液体の成膜材料１６を加熱焼成して硬化させるためのものであり、例えば、抵抗加熱手段等である。この場合、上記焼成手段は、上記ステージ１に内蔵されてもよく、上記ステージ１とは別に設けた第２のステージに内蔵されてもよい。第２のステージに備えた場合には、成膜材料１６が塗布された表示パネル４が上記ステージ１から第２のステージに図示省略の搬送機構によって移送されるように構成するとよい。
【００２０】
次に、このように構成された成膜装置の動作及び成膜方法について説明する。
先ず、図１に示すように、表示パネル４の裏面に配置されたシート状の磁石７により吸引されてメタルマスク６が表示パネル４の表示面４ａに密着固定される。
【００２１】
詳細には、裏面にシート状の磁石７が配置された表示パネル４にマスク層１０側を対面させた状態で、表示パネル４の上方に、上記磁石７の磁力の影響が及ばない又は磁力の影響が小さい距離を保ってメタルマスク６が設置される。この状態で、例えば表示パネル４に予め設定されたアライメント基準とメタルマスク６に予め設定されたアライメント基準を使用して表示パネル４とメタルマスク６のアライメントが実施される。そして、両者のアライメントが終了すると、メタルマスク６が下降して表示パネル４上に載置される。このとき、表示パネル４の裏面に配置された磁石７の磁力がメタルマスク６に作用してメタルマスク６が表示パネル４側に吸引される。これにより、メタルマスク６が表示パネル４の表示面４ａに密着固定される。
【００２２】
メタルマスク６を密着させた表示パネル４は、装置本体内のステージ１上に載置される。なお、上記一連の動作は、ステージ１上で行ってもよい。
【００２３】
次に、加熱装置３のＲＦ電源１３が起動され、高周波の電流がＲＦ誘導アンテナコイル５に供給される。このとき、インピーダンスマッチング回路１４のコンデンサＣの容量が調節され、伝送路１５の反射波が最小にされる。
【００２４】
ＲＦ電源１３から供給される高周波電流がＲＦ誘導アンテナコイル５を流れることによりコイルの周囲には電磁界が発生する。この電磁界は、メタルマスク６に作用してメタルマスク６の内部に誘導電流を生じさせる。メタルマスク６の内部を誘導電流が流れることにより、メタルマスク６にはジュール熱が発生し、メタルマスク６が自己発熱する。メタルマスク６の発熱量は、ＲＦ電源１３からＲＦ誘導アンテナコイル５に供給される電力量によって調節することができる。本実施形態においては、メタルマスク６の発熱は、メタルマスク６の温度が、使用する液体の成膜材料１６、例えばカーボンナノチューブの焼成温度（硬化温度：１３０℃）よりも低い温度となるように設定される。なお、表示パネル４は非金属材料であるため上記高周波の電磁界によって加熱されない。したがって、誘導加熱されるのは、主としてメタルマスク６のみである。
【００２５】
メタルマスク６の温度が設定温度に達すると、図３に示すように、スプレーノズル１２から液体の成膜材料１６が表示パネル４に向けて噴霧される。これにより、メタルマスク６のマスク層１０に設けられた開口パターン９内に対応して位置する表示パネル４の表示面４ａに、成膜材料１６が予め設定された例えば数百ｎｍ〜数μｍ程度の厚みに塗布される。このスプレーノズル１２による成膜材料１６の噴霧動作は、スプレーノズル１２を表示パネル４の表示面４ａに平行な面内を、例えば往復又はジグザグ移動させながら行われる。
【００２６】
ここで、メタルマスク６が磁石７により吸引されて表示パネル４の表示面４ａに密着されてはいるものの、メタルマスク６と表示パネル４との間には僅かな隙間が存在する。したがって、メタルマスク６が加熱されていない場合に、使用する成膜材料１６の流動性が高いときには、図４に示すように成膜材料１６の塗布液がメタルマスク６の隣接する開口パターン９の隔壁９ａ下にまで侵入し、形成される薄膜パターンの形状精度が悪くなるという問題がある。特に、隔壁９ａの幅が狭いときには、隣接して存在する開口パターン９内に塗布された成膜材料１６が隔壁９ａの下を介して繋がってしまうおそれがある。
【００２７】
そこで、本発明においては、メタルマスク６を加熱した状態で成膜材料１６を塗布することにより、上記問題に対処している。これについて、以下に詳細に説明する。
図５は、本発明による成膜方法を説明する図であり、図３の円で囲ったＢの部分を拡大して示す断面図である。
先ず、図５（ａ）に示すように、メタルマスク６が誘導加熱された状態で成膜材料１６が噴霧されると、成膜材料１６は、メタルマスク６の開口パターン９内に位置する表示パネル４の表示面４ａ上及びメタルマスク６に付着する。
【００２８】
この場合、メタルマスク６が加熱されているため、図５（ａ）に斜線を付して示すように、メタルマスク６に付着した成膜材料１６ａは、一部が硬化する又は高粘度となる。したがって、この一部が硬化した又は高粘度となった成膜材料１６ａが障壁となって、メタルマスク６の隣接する開口パターン９の隔壁９ａ下への成膜材料１６の侵入が阻止される。
【００２９】
メタルマスク６の誘導加熱は、図５（ｂ）に示すように、成膜材料１６の塗布が終了するまで続けられる。成膜材料１６の塗布が終了すると、同図（ｃ）に示すように、メタルマスク６が表示パネル４から剥離される。ことのき、メタルマスク６に付着した成膜材料１６ａは、一部が硬化し又は高粘度となっているため、表示パネル４の表示面４ａに付着した未硬化の成膜材料１６とメタルマスク６に付着した成膜材料１６ａとは、容易に切り離される。これにより、表示パネル４の表示面４ａには、メタルマスク６の開口パターン９の形状を正確に転写した、目的とする薄膜パターンの形状を有する成膜材料１６の塗布パターンが残ることになる。
【００３０】
表示パネル４に付着した成膜材料１６は、装置本体内部に設けられた焼成手段によって加熱焼成される。詳細には、焼成手段としての例えば抵抗加熱手段が上記ステージ１に内蔵して設けられている場合には、表示パネル４の表示面４ａからメタルマスク６が剥離されると、抵抗加熱手段に通電されて表示パネル４が例えばカーボンナノチューブの焼成温度１３０℃に加熱される。これにより、表示パネル４に付着した成膜材料１６である例えばカーボンナノチューブが硬化し、カーボンナノチューブの薄膜パターンが形成される。
【００３１】
又は、焼成手段が上記ステージ１とは別に設けた第２のステージに内蔵して備えられている場合には、成膜材料１６が塗布された表示パネル４が上記ステージ１から第２のステージに、例えば図示省略の搬送機構によって移送される。そして、上記と同様にして表示パネル４が加熱され、成膜材料１６が加熱焼成されて硬化される。
【００３２】
この場合、成膜材料１６が例えばカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）のナノ粒子、又は金属ナノ粒子を含有する液体であるときには、形成される薄膜パターンは、透明導電膜となる。したがって、本発明の製造方法によれば、表示パネル４に透明電極を備えたタッチパネルも簡単な工程で形成することができる。
【００３３】
なお、上記実施形態においては、メタルマスク６が磁性金属材料で形成されている場合について説明したが、本発明はこれに限られず、メタルマスク６は非磁性金属材料で形成されてもよい。この場合、表示パネル４の裏面に磁石７を配置する必要はない。
【００３４】
また、上記実施形態においては、タッチパネル用の透明電極を形成する場合について説明したが、本発明はこれに限られず、基板の成膜面にメタルマスク６を介して液体の成膜材料１６を塗布した後、これを加熱硬化させて薄膜パターンを形成するものであれば、例えば回路の配線等の形成にも適用することができる。
【符号の説明】
【００３５】
１…ステージ
２…塗布装置
３…加熱装置
４…表示パネル（基板）
４ａ…表示面（成膜面）
５…高周波誘導アンテナコイル
６…メタルマスク
７…磁石
９…開口パターン
１０…マスク層
１１…サポート層
１１ａ…サポートライン（細線）
１６…成膜材料
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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