(57)【要約】【課題】  パターン形成のためにマスクを用いた蒸着において、熱膨張によってメタルマスクがたるむのを防ぎ、高いパターン精度を維持でき、高い耐久性をもつ蒸着用マスク構造体を実現する。【解決手段】  テンションがかかったマスクを第１のフレームに固定し第１のフレームの内側においてマスクの裏面と第２のフレームとを固定し、マスクを第１のフレームから切断して蒸着用マスク構造体の製造方法を提供する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フレームにマスクが固定されている蒸着用マスク構造体の製造方法において、
テンションがかかった前記マスクを第１のフレームに固定する工程と、
前記第１のフレームの内側において、前記第１のフレームに前記固定された前記マスクの裏面と第２のフレームとを固定する工程と、
前記第２のフレームの外周部において前記マスクを前記第１のフレームから切断する工程とを有することで、
前記第２のフレームに前記マスクが固定されている蒸着用マスク構造体を得ることを特徴とする蒸着用マスク構造体の製造方法。
【請求項２】
前記マスクはメタルマスクであることを特徴とする請求項１に記載の蒸着用マスク構造体の製造方法。
【請求項３】
前記メタルマスクは電界メッキにより母材上に形成し、メタルマスクの母材反対面で第１のフレームとメタルマスクを固定後に母材を剥離させて製作されたものであることを特徴とする請求項２に記載の蒸着用マスク構造体の製造方法。
【請求項４】
指定された温度で前記第１のフレームと前記メタルマスクを固定し、常温に戻したときの前記第１のフレームと母材の熱膨張差で前記メタルマスクに前記テンションをかけ、前記メタルマスクに前記テンションがかかった状態で前記メタルマスクと前記第2のフレームを前記固定することを特徴とする請求項２に記載の蒸着用マスク構造体の製造方法。
【請求項５】
前記第2のフレームと前記メタルマスクの固定方法が溶接であることを特徴とする請求項２に記載の蒸着用メタルマスク構造体の製造方法。
【請求項６】
前記第１のフレームと前記メタルマスクの固定方法が接着であることを特徴とする請求項２に記載の蒸着用メタルマスク構造体の製造方法。
【請求項７】
請求項１乃至６の何れか一項に記載のガス状態の蒸着用メタルマスク構造体の製造方法によって得られた蒸着用メタルマスク構造体。
【請求項８】
蒸着材料を請求項７に記載の前記メタルマスク構造体を介して基板に蒸着させることで複数の発光点を得る発光点形成工程を有することを特徴とする有機EL素子アレイの製造方法。
【請求項９】
請求項８に記載の有機EL素子アレイの製造方法によって得られる有機ELディスプレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸着用マスク構造体の製造方法に関する。より具体的には有機ＥＬディスプレイ、特に低分子発光材料を用いた高精細度カラーディスプレイ等の有機ＥＬディバイス製造装置等に用いる蒸着用マスク構造体の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
有機ＥＬ素子を用いてディスプレイを製造する場合、金属電極、透明電極を形成する工程、アクティブマトリクス方式の場合にはＴＦＴを形成する工程、さらには、電子輸送層、発光層、ホール輸送層等の有機薄膜層を成膜する工程が必要である。有機層の成膜工程では、大きく分けて、材料が低分子系か高分子系かによって成膜方法が異なり、一般に、低分子系では真空蒸着に代表されるドライプロセスが、高分子系ではスピンコートやインクジェットに代表されるウェットプロセスが用いられる。
【０００３】
カラーディスプレイでは光の三原色で発光材料が異なるため、三原色独立に成膜することが求められる。三原色を独立して成膜するために、低分子系では蒸着時に蒸着部分が抜けたメタルマスクを用いて、抜けた部分だけに蒸着するマスク蒸着を用いて製造する。高分子系ではインクジェット印刷で三原色をそれぞれ印刷する方法などが用いられている。
【０００４】
マスクを用いて低分子系ＥＬ材料の蒸着をする場合、三原色それぞれが正しくパターン蒸着されるためにマスクに高い精度が求められる。例えば１インチあたり１２７画素の画素ピッチの場合、１画素の大きさは２００×２００マイクロメートルとなり、三原色の各色あたり２００×６７マイクロメートルの画素を正確に蒸着する必要があるが、蒸着工程中にマスクの温度が上昇して、熱膨張によってマスクの位置がずれたりすると、正しく画素を蒸着することができなくなる。例えば、マスクの大きさを４００×４００ミリメートル、マスクの線膨張係数を１．３×１０-5／度とし、温度上昇を１０度と仮定すると熱膨張により５２マイクロメートルの位置ずれが生じてしまう。
【０００５】
特に、マスクをフレームに固定して用いる場合、マスクとフレームの熱膨張率の違いから、蒸着工程中にマスクがたるんでしまう問題点が指摘されている。これを解決するためにマスクより熱膨張率の大きいフレームを用いる構成（特許文献１）や、マスクを磁力で吸引してたるみを取る方法（特許文献２）、メタルマスクをスクリーンメッシュに接着しテンションを掛けてフレームに固定する方法（特許文献３）も提案されている。
【特許文献１】特開２００２−０６９６１９号公報
【特許文献２】特開平１０−０４１０６９号公報
【特許文献３】特開２００３−６４４６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の技術によれば、以下のいずれかのような未解決の課題がある。
【０００７】
第１の課題は、一般的にメタルマスク等の厚さは数十マイクロメートルと相当薄いため、メタルマスクをエッチングまたはメッキ等の技術で形成した後、メタルマスクの母材から剥がす工程でメタルマスクが塑性変形し、パターン精度の低下が懸念される点である。
【０００８】
第２の課題は、母材から剥がした単体のメタルマスクを、精度を保ちながらテンションをかけてフレームに固定することは非常に困難で、製造コストの上昇等の新たな問題を招くことである。
【０００９】
第３の課題は、接着剤を用いてメタルマスクを固定すると、真空チャンバー中において接着剤からの放出ガスが多く高真空を保つのが難しいこと、およびマスクに付着した有機蒸着物質を除去するのに用いられる溶剤が接着剤を剥離するため溶剤が使用できない点である。
【００１０】
本発明は上記従来の技術の有する未解決の課題に鑑みてなされたものであり、メタルマスクのパターン精度を犠牲にすることなく、簡単にメタルマスクを母材から剥がすことができ、しかもあらかじめテンションをかけてメタルマスクをフレームに固定することが極めて容易で、真空中での使用に適し、洗浄溶剤への高い耐久性を持つ蒸着用マスク構造体の製造方法および蒸着用マスク構造体を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
よって本発明は、フレームにマスクが固定されている蒸着用マスク構造体の製造方法において、テンションがかかった前記マスクを第１のフレームに固定する工程と、前記第１のフレームの内側において、前記第１のフレームに前記固定された前記マスクの裏面と第２のフレームとを固定する工程と、前記第２のフレームの外周部において前記マスクを前記第１のフレームから切断する工程とを有することで、前記第２のフレームに前記マスクが固定されている蒸着用マスク構造体を得ることを特徴とする蒸着用マスク構造体の製造方法を提供する。
【発明の効果】
【００１２】
パターン形成のためにマスクを用いた蒸着において、熱膨張によってメタルマスクがたるむのを防ぎ、高いパターン精度を維持でき、高い耐久性をもつ蒸着用マスク構造体を実現することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
上記目的を達成するため、本発明の蒸着用マスク構造体の製造方法は、フレームにマスクが固定されている蒸着用マスク構造体の製造方法において、テンションがかかった前記マスクを第１のフレームに固定する工程と、前記第１のフレームの内側において、前記第１のフレームに前記固定された前記マスクの裏面と第２のフレームとを固定する工程と、前記第２のフレームの外周部において前記マスクを前記第１のフレームから切断する工程とを有することで、前記第２のフレームに前記マスクが固定されている蒸着用マスク構造体を得ることを特徴とする蒸着用マスク構造体の製造方法である。
【００１４】
より具体的にはマスクであるメタルマスクと前記メタルマスクを支持する金属から成る第2のフレームを備えた蒸着用マスク構造体の製造方法であって、母材上にメタルマスクを製作する工程と、製作されたメタルマスクおよび母材と、母材より熱膨張率の小さい材料から成る第1のフレームを所定の温度に加熱し、昇温状態でメタルマスクと第1のフレームを接着・固定する工程と、母材とメタルマスクを第1のフレーム外周部で剥離する工程と、常温で第1のフレームの内側で、金属から成る第2のフレームをスポット溶接する工程と、第2のフレーム外周部でメタルマスクを切断する工程を有し、昇温状態における母材と第1のフレームの熱膨張の差によって、メタルマスクにテンションを発生させた状態で第2のフレームにメタルマスクを溶接する。
【００１５】
第1のフレーム外周部で母材とメタルマスクを剥離する際に、予め第1のフレームの外周に沿ってメタルマスクに切り込みを入れておき、切り込みの外側に作用する変形外力によって母材をメタルマスクの外周部とともに剥離する工程を有するとよい。
【００１６】
このような工程を有する蒸着用マスク構造体を用いれば、例えば、有機ＥＬ素子画素を複数個並べて構成される有機ＥＬディスプレイの製造において、発光画素を区分するときに用いるメタルマスクを金属製の母材上に電解メッキで製作し、母材より熱膨張率の小さい第１のフレームに接着・固定する。このとき、メタルマスクを有する母材とフレームを加熱し、あらかじめ指定された一定温度にてメタルマスクとフレームを接着する。第１のフレームには一般的に金属より熱膨張率が小さいセラミックなどを用いると良い。
【００１７】
このようにしてメタルマスクを第１のフレームに接着・固定後に、あらかじめ母材上のメタルマスクに形成した切り込みの外側に外力を作用させ、母材を変形させてメタルマスクから剥離する。
【００１８】
母材は、外力で容易に面外変形させることができるように、厚さを約１ミリメートル、またはそれ以下にするとよい。
【００１９】
接着後に常温に戻ると、第１のフレームに固定されたメタルマスクには、母材とフレームの熱膨張の差によるテンションがかかった状態となる。
【００２０】
次に、第１のフレームの内側に、金属から成る第２のフレームを配置し、メタルマスクと第２のフレームをスポット溶接した後、第２のフレーム外周部でメタルマスクを切断する。
【００２１】
以上のようにしてメタルマスクにテンションをかけた状態で金属から成る第2のフレームに固定することができる。
【００２２】
蒸着中の平面度を維持するために初期状態のメタルマスクにテンションをかけてフレームに固定する作業を、加熱接着工程における母材とフレームの熱膨張率の差を利用して簡便かつ効果的に行うものであるため、メタルマスクに直接外力によるテンションを加える場合に比べて、作業が簡単でメタルマスクを損傷するおそれもなく、従って、蒸着用マスク構造体の製造コストを大幅に低減できる。
【００２３】
また、母材をメタルマスクから剥がす作業も、メタルマスクに設けた切り込みを利用して行うものであるため、母材の剥離工程でメタルマスクが変形する等のトラブルを回避して、マスクのパターン精度を向上させることができる。
【００２４】
金属から成る第２のフレームとメタルマスクは接着剤を用いず溶接で接合するため、真空装置中の使用に適し、洗浄溶剤に対する耐久性の高い蒸着用マスク構造体を提供することができる。
【００２５】
また、本実施の形態に係る蒸着用マスク構造体の製造方法の一例は金属母材上に電界メッキを用いて用いてメタルマスクを形成し、母材と第1のフレームの熱膨張率の差を利用して、テンションが掛かった状態で第１のフレームにメタルマスクを固定した後、メタルマスクと母材を剥離させる。次に常温のもとで、第１のフレームの内側で金属から成る第2のフレームとメタルマスクとをスポット溶接後、第2のフレームの外周部でメタルマスクを切断し蒸着用マスク構造体を作成することでもある。
【００２６】
本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２７】
図１本発明の第１の実施例に係る、メタルマスク作成からこれをフレームに固定するまでの工程を示すフローチャートである。
【００２８】
本工程の説明の前に、有機ＥＬデバイス製造の装置構成と工程を簡単に説明し、その後に本発明の特徴である蒸着用マスク構造体の製造方法を説明する。
【００２９】
図７は、一実施の形態による蒸着用マスク構造体を用いた、有機ＥＬデバイス製造のための蒸着装置の概略を示すもので、チャンバー１０内に蒸着源１１、ヒーター１２、基板Ｗを保持する図示しない基板ホルダー、メタルマスク１３およびフレーム１７からなる蒸着用マスク構造体を支持する図示しないマスクホルダー、シャッター１５、排気系１６等を有する。メタルマスク１３とフレーム１７は後述する方法で接合されている。
【００３０】
次に、図７を用いて、有機ＥＬ素子の有機層蒸着工程を説明する。チャンバー１０内に基板Ｗ、フレーム１７に接合されたメタルマスク１３を配置し、排気系１６を用いてチャンバー１０内を排気し、高真空に保つ。シャッター１５は閉じて、蒸着源１１と基板Ｗを遮る状態にしておく。高真空が維持された状態で、ヒーター１２に通電し、予め蒸着材料を充填してある蒸着源１１を加熱する。この状態ではシャッター１５が閉じられているため、蒸着材料中に含まれる、低温で揮発する不純物が基板Ｗに蒸着されることはない。蒸着源１１の温度が定常状態に達した後、シャッター１５を開放する。シャッター１５を開放すると、蒸発物質は基板Ｗに蒸着されるが、この時にメタルマスク１３の遮断部分では蒸発物質が遮断され、メタルマスク１３の開口部分だけが基板Ｗ上に蒸着される。蒸着により適当な膜厚が形成された後、シャッター１５を閉じ、その後ヒーター１２を切る。
【００３１】
図８は蒸着工程中のメタルマスク、基板、フレームの温度変化を示したグラフである。シャッターを閉じた状態では、メタルマスク、基板、フレームの温度は等しく、一定である。シャッターを開けると、メタルマスクの温度は上昇し始める。基板の温度も上昇するがメタルマスクの温度上昇より小さい。フレーム温度はほとんど上昇しない。再びシャッターを閉じると、温度は初期の状態に戻る。
【００３２】
図８のグラフから分かるように、シャッター開放中にはメタルマスクの温度が上昇するため、メタルマスクは熱膨張する。この熱膨張でメタルマスクがたるまないように、蒸着中に想定しうる最高温度でもたるまないだけのテンションを、初期状態のメタルマスクにかけておく。すなわち、メタルマスクにテンションをかけた状態でフレームに固定する。
【００３３】
次に、本発明の特徴であるテンションをかけてメタルマスクをフレームに固定する方法を説明する。図１は、メタルマスク作成からこれをフレームに固定するまでの工程を示すフローチャートである。ステップ１でメタルマスクの母材となる金属板表面を研磨する。母材には厚さ１ミリメートル以下、例えば厚さ０．５ミリメートル程度のステンレス板を用いる。ステップ２でスピンコート等の手法を用いて母材にレジストを塗布し、乾燥する。ステップ３ではフォトリソグラフィー技術により、マスクパターンおよび後述する切り込みを作成したガラス原版と、レジストを塗布した母材を密着させ、レジストにマスクパターン等を露光・転写する。ステップ４で現像し、マスクの遮断部分のレジストを除去する。ステップ５で電解メッキを行い、レジストの除去された部分にメタルマスク材料層を形成する。メタルマスク材料層はニッケル等を用いる。ステップ６で残ったレジストを除去する。マスク開口部等にテーパーを付ける必要があるときには、ステップ７でエッチングを行う。ステップ８でメタルマスク材料層と第1のフレームを加温し、予め設定した一定温度を保つ。メタルマスク材料層の厚さより母材の厚さのほうがはるかに大きいので、熱膨張はメタルマスク材料層より母材によるものが支配的になり、メタルマスク材料層が母材と同様に伸ばされた状態になる。第1のフレームには母材よりも熱膨張率の小さいもの、例えばセラミックなどを用いる。
【００３４】
ステップ９で温度を保ったままメタルマスク材料層と第1のフレームを接着する。接着剤の硬化後、ステップ１０でメタルマスクから母材を剥がす。常温に冷却すると、メタルマスクの母材と第1のフレームの熱膨張率の差によって、メタルマスクにはテンションがかかった状態になる。このとき、前述のように蒸着中で想定される最高温度でもメタルマスクがたるまないテンションを与えられるように、ステップ８で加温する温度を設定する必要がある。
【００３５】
ステップ１１で第1のフレームより内側において、例えばステンレス等の金属から成る第２のフレームとメタルマスクをスポット溶接する。メタルマスクはテンションが掛かった状態で第2のフレームに固定される。フレームの温度上昇が懸念される場合には、熱膨張率の小さい金属、例えばスーパーインバー等を用いても良い。
【００３６】
ステップ１２で第2のフレーム外周部でメタルマスクを切断し、蒸着用マスク構造体が完成する。
【００３７】
図２の（ａ）はレジスト除去後の蒸着用マスク構造体の断面を示すもので、母材１上にはメッキにより形成された、切り込み２を有するメタルマスク材料層３が設けられる。切り込み２は第1のフレーム１４の外周に相当する位置に設けられている。切り込み２のパターンと、メタルマスク１３のマスクパターンは前述のガラス原版に描画されており、電解メッキにより同時に形成される。
【００３８】
必要であれば、図２の（ｂ）に示すように、エッチングによってパターン開口や切り込み２２にテーパーが形成されたメタルマスク２３を形成してもよい。
【００３９】
次に、図３（ａ）に示すように、接着剤１４ａを用いて第1のフレーム１４をメタルマスク材料層３に接着する。切り込み２はフレーム１４の外周部位に沿ってメタルマスク材料層３に形成されている。
【００４０】
図３（ｂ）はメタルマスク１３およびフレーム１４をマスク面に平行に見た平面図であり、切り込み２はフレーム１４の外周縁に沿って配設され、その外側の外縁部Ａに外力を加えると、切り込み２のコーナーであるＢ点でメタルマスク材料層３と母材１の界面に応力集中が生じ、Ｂ点からメタルマスク１３と母材１が剥がれ始める。
【００４１】
図４はメタルマスク１３とフレーム１４を接着・固定した後に母材１を剥がす工程を説明するもので、図４の（ａ）に示すように母材１に外力を加えると、メタルマスク１３はフレーム１４に接着されているため、切り込み２からメタルマスク１３と母材１が剥がれ始める。さらに外力を加えて、母材１を完全に剥がすと、図４の（ｂ）に示す蒸着用マスク構造体が得られる。前述のように母材１は、外力によって容易に変形させることができるように、厚さを１ミリメートル以下にするのが望ましい。
【００４２】
図５は金属から成る第２のフレーム１７とメタルマスク１３を溶接する工程を説明する図である。第１のフレーム１４の内側に、金属から成る第２のフレーム１７を配置し、メタルマスク１３と接触させる。溶接電極チップ１８で第２のフレーム１７とメタルマスク１３に加圧し、接続した電源からパルス電流を印加することによって、フレーム１７とメタルマスク１３をスポット溶接する。フレーム１７の四辺とメタルマスク１３を溶接した後、フレーム１７の外周部のメタルマスク１３を切断する。
【００４３】
図６がフレーム外周のメタルマスクを切断した後の蒸着用マスク構造体で、メタルマスク１３にテンションが掛けられた状態でフレーム１７と溶接接合されたものである。
【００４４】
本実施の形態によれば、電解メッキを用いて金属の母材上に形成したメタルマスクを母材とともに熱膨張させた状態で第１のフレームに接着し、硬化後に母材から剥がすことで、メタルマスクにテンションをかけた平面度の高いマスクを容易に製造することができる。そして、テンションのかかったマスクを第２の金属フレームに溶接することで、真空中の使用に適し耐久性の高い蒸着用マスク構造体を製造することができる。このような蒸着用マスク構造体を用いることで、成膜中でも高い平面度でマスクパターンの形状精度を維持し、大画面かつより一層高精細度のカラー有機ＥＬディスプレイ等の製造が可能となる。
【００４５】
以上説明した本発明による蒸着用マスク構造体は、有機ＥＬ素子製造用のマスクに限定されることなく、半導体デバイス等他の微細パターンを形成するためのマスクとして用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】一実施の形態によるメタルマスクの製造工程を説明するフローチャートである。
【図２】図１のレジスト除去工程後の蒸着用マスク構造体を示すもので、（ａ）は本実施の形態による母材に支持された蒸着用マスク構造体を示す断面図、（ｂ）は一変形例を示す断面図である。
【図３】メタルマスクと第一のフレームの接着工程を説明する図で、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。
【図４】メタルマスクと母材を剥がす工程を説明するものである。
【図５】メタルマスクと第2のフレームとの溶接工程を説明する図である。
【図６】マスクを第2のフレーム外周で切断後の蒸着用マスク構造体を説明する図である。
【図７】有機ＥＬデバイスの蒸着装置を説明する図である。
【図８】蒸着プロセスにおけるメタルマスク、基板、フレームの温度上昇を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４７】
１  母材
２、２２  切り込み
３、２３  メタルマスク材料層
１１  蒸着源
１２  ヒーター
１３  メタルマスク
１４  フレーム
１４ａ  接着剤
１５  シャッター
１６  排気系
１７  フレーム
１８  溶接電極チップ
【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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【図６】
2006152339.tif 000008
【図７】
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【図８】
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