(57)【要約】【課題】複数のマスク部を備えた多面付け用のメタルマスクをフレームに固定した構造で、製造時や保管時にシビアな温度管理が不要で且つ蒸着時においてもマスク部の位置精度を良好に保つことの可能な蒸着マスクを提供する。【解決手段】複数のマスク部１５を備えたメタルマスク１２を平坦に引っ張った状態で、その周縁部分を剛性の大きいフレーム１３に固定した構造とすることで、マスク部のパターンを所望パターンに保持し、且つ、メタルマスク及びフレームを共に熱膨張率の小さいインバー材で形成することで、温度変化があってもメタルマスクがたわむことがないようにし、更に蒸着時の温度上昇に対してもメタルマスクの熱膨張を小さくして、マスク部の位置精度の低下を抑制し、位置精度の良い蒸着を可能とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のマスク部を備えた金属薄板製のメタルマスクと、該メタルマスクを張った状態に保持するよう前記メタルマスクの周縁部分を固定支持した剛性の大きいフレームとを備え、該メタルマスク及びフレームが共にインバー材で形成されていることを特徴とする蒸着マスク。
【請求項２】
前記メタルマスクに形成している複数のマスク部の各々が、平行な多数のスリットを備えており、且つ全マスク部のスリットが同一方向に配列されていることを特徴とする請求項１記載の蒸着マスク。
【請求項３】
請求項１又は２記載の蒸着マスクを用いて、有機ＥＬ素子の有機層又はカソード電極を蒸着することを特徴とする、有機ＥＬ素子材料の蒸着方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、有機ＥＬ素子製造における蒸着工程で使われるような蒸着マスク並びにその蒸着マスクを用いた有機ＥＬ素子材料の蒸着方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】特開２００３−６８４５３号公報
【特許文献２】実用新案登録第３０８２８０５号公報
従来、有機ＥＬ素子製造において、有機ＥＬ素子の有機層又はカソード電極の形成に真空蒸着が行われており、その蒸着マスクとして、多数のスリットを備えたマスク部を有する金属薄板が使用されている。そして蒸着に当たってはその蒸着マスクを、前記マスク部よりも大きい開口を備えたフレーム（枠体）に磁石等によって取り付けていた。しかしながら、近年、パターニングの微細化が進み、マスク部に形成しているスリットが微細になり且つ蒸着マスクの板厚自体も薄くなってくると、蒸着マスクを単にフレームに磁石等を用いて固定しただけでは、マスク部にゆがみやたるみが生じ、スリット精度が維持できなくなるという問題が生じた。そこで、本出願人は先に、蒸着マスクをフレームに取り付けた状態で、その蒸着マスクをマスク部のスリット方向に引張った状態に保持することの可能な蒸着マスクの保持治具を開発した（特許文献１参照）。この保持治具を用いると、マスク部のスリットを構成する細線部分を長手方向に引っ張った状態に保持できるので、スリットを直線状に且つ一定ピッチに保持でき、高精細パターニングが可能であるという利点が得られる。
【０００３】
また、有機ＥＬ素子製造に用いる蒸着マスクとして、前記したような多数のスリットに代えて、多数の小径の通過孔を形成したマスク本体を用いることも知られており、その例が特許文献２に記載されている。この特許文献２に記載の蒸着マスクは、パターン形成領域に多数の通過孔が形成されたマスク本体を、被蒸着基板と同等の熱線膨張係数の素材によって形成した枠体に固定したものである。そして、この構成により、マスク本体を枠体の膨張収縮に追従させることができ、蒸着マスクと被蒸着基板との常温時の整合精度を、蒸着時の昇温時にも保持でき、マスク本体に形成している通過孔の精度が損なわれることを防止しうるという効果を有している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に記載の蒸着マスクは、１枚の蒸着マスクに１個のマスク部を形成しているのみであるので、生産性が悪いという問題点があった。そこで、本出願人は生産性を上げるべく検討の結果、図４に示すように、１枚の金属薄板に、それぞれが多数のスリットを備えたマスク部２を複数個形成した構造の多面付けのメタルマスク１を用いることに着目し、このメタルマスク１の４辺を矢印で示すように引っ張り、各部位の引張力を調整することで、メタルマスク１の各マスク部のスリットをゆがみやたるみの無い状態に引き揃えると共に各マスク部を所望の寸法精度位置に保持し、その状態でメタルマスク１の４辺の周縁部分を剛性の高いフレーム４（図５参照）にスポット溶接等によって固定した構成の蒸着マスク５を開発した。この構成の蒸着マスク５は、フレーム４がメタルマスク１を平坦に引っ張った状態に保持しているので、マスク部２を所定のパターンに保持でき、多面付けで生産性良く且つ高精細パターンでの蒸着を行うことができるという利点を有している。ここで、メタルマスク１の各マスク部のスリットをゆがみやたるみの無い状態に引き揃えた状態とするには、メタルマスク１の辺１ｃｍ当たり、０．１〜１０ｋｇｆ程度の張力をかけておくことが必要であるので、フレーム４としてはそれらの張力に耐える剛性を備えた物とする必要があり、厚さ２〜３０ｍｍ程度の金属材（通常、ＳＵＳ３０４などのステンレス鋼）を用いた。また、メタルマスク１には、従来のメタルマスクに多く使用されている４２アロイを用いた。
【０００５】
ところが、この蒸着マスク５にも、更に改良すべき点のあることが判明した。すなわち、先に開発した蒸着マスク５では、メタルマスク１とフレーム４の熱膨張率が異なるため（４２アロイ：４．５〜６．５×１０−６／Ｋ，ＳＵＳ３０４：１７．３×１０−６／Ｋ）、フレーム４にメタルマスク１を固定した後の温度変化によってはメタルマスクがたわんでしまうとか、マスク部の位置に狂いが生じるという問題があった。例えば、フレーム４にメタルマスク１を固定する時の温度が２５°Ｃであった場合、２０°Ｃの環境下ではフレーム４の方がメタルマスク１よりも熱収縮量が大きいため寸法が小さくなり、メタルマスク１に張力を掛けてフレーム４に固定しておいても、メタルマスク１にたわみが生じてしまい、マスク部のスリットがゆがむとかスリットの位置精度に狂いが生じてしまう。一旦、たわみが生じると、蒸着マスク５を再度、２５°Ｃ以上の環境下に置いてフレーム４を熱膨張させてもメタルマスク１のマスク部２のスリットは必ずしも元の状態に戻るとは限らず、スリットの位置精度の低下を解消できるとは限らない。これを防ぐには、フレーム４にメタルマスク１を固定する時に非常にシビアな温度管理をし且つその後の保管時にも温度管理をしなければならず、製造コストが増大してしまう。また、蒸着マスクを蒸着機内にセットして蒸着に供した場合、雰囲気温度が高いため、フレーム４が熱膨張してメタルマスク１を引っ張り、その結果、メタルマスク１に形成している各マスク部２の位置がずれてくることとなり、特に周縁近傍に位置するマスク部２では位置ずれが大きくなる。例えば、有機ＥＬ素子製造に用いる蒸着用の多面付けマスクの場合、各マスク部の位置に関して±１０μｍ以下の精度が求められることがあるが、フレームをステンレス鋼で形成した場合、そのような寸法精度を達成することは困難である。なお、上記した特許文献２には、枠体を被蒸着基板と同等の熱線膨張係数の素材によって形成する技術が記載されており、且つ被蒸着基板は一般にガラス基板であって熱膨張係数が３〜５×１０−６／Ｋ程度と小さいので、この技術を図５に示す蒸着マスク５に適用して、フレーム４を低熱膨張係数の材料で形成することも考えられるが、このようにすると、蒸着マスク５を蒸着機内にセットして蒸着を行う際、蒸着マスク５が高温雰囲気下に置かれて熱膨張した際、４２アロイ製のメタルマスク１がフレーム４よりも大きく熱膨張することとなり、この結果メタルマスク４にたわみが生じ、マスク部２のスリットがゆがむとかスリットの位置精度に狂いが生じてしまう。
【０００６】
本発明はかかる状況に鑑みてなされたもので、メタルマスクをフレームに固定した後、温度環境に変化があってもメタルマスクがたわむということがなく、また、蒸着時においてもメタルマスクのたわみ発生を防止し且つマスク部の位置精度を良好に保つことの可能な蒸着マスクを提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明に係る蒸着マスクは、複数のマスク部を備えた金属薄板製のメタルマスクと、該メタルマスクを張った状態に保持するよう前記メタルマスクの周縁部分を固定支持した剛性の大きいフレームとを備えた構成とすると共に、前記メタルマスク及びフレームを共にインバー材で形成するという構成としたものである。このようにメタルマスク及びフレームを共にインバー材で形成したことにより、両者の熱膨張及び熱収縮に差がほとんどなく、フレームにメタルマスクを固定した後、温度環境が変化してもメタルマスクがたわむということがなく、このため、フレームにメタルマスクを固定する時及びその後の保管時などにシビアな温度管理をしなくてもよく、これによりコストダウンを図ることができる。また、蒸着時に蒸着マスクの温度が上昇しても、メタルマスクにたわみが生じることはなく且つインバー材は熱膨張係数がきわめて小さいため、メタルマスクの熱膨張が小さく、このためマスク部の位置精度の低下も抑制でき、位置精度良く所定パターンの蒸着を行うことができる。
【０００８】
ここで、前記メタルマスクに形成している複数のマスク部の各々を、平行な多数のスリットを備えた構造とし且つ全マスク部のスリットが同一方向に配列されている構成とすることが好ましい。この構成とすると、メタルマスクに縦横方向の張力を加えておくことで、メタルマスクをゆがみやたわみの無い状態で且つマスク部のスリットを構成する細線部分を長手方向に引き揃えた状態に保持でき、きわめて微細なスリットでも直線状に且つ一定ピッチに保持でき、高精細パターニングが可能であるという利点が得られる。
【０００９】
本発明の蒸着マスクは任意の蒸着に用いることができるが、特に、高精細パターニングが要求される有機ＥＬ素子の有機層又はカソード電極の蒸着に用いることが好ましく、この蒸着マスクを用いて、有機ＥＬ素子の有機層又はカソード電極を蒸着することで、高精細パターンの有機層又はカソード電極を高品質で且つ生産性良く形成することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、有機ＥＬ素子製造における多面付けの蒸着マスクを例にとって本発明の好適な実施の形態を説明する。図１は本発明の実施の形態に係る蒸着マスクの概略斜視図、図２はその蒸着マスクを構成する部品を組立前の状態で示す概略斜視図である。図１、図２において、全体を参照符号１１で示す蒸着マスクは、メタルマスク１２と、そのメタルマスク１２を張った状態に保持するようメタルマスク１２の周縁部分を固定支持した剛性の大きいフレーム１３を備えている。メタルマスク１２は、多数の微細なスリットを平行に並べて形成したマスク部１５を複数個、縦横に並べて配置すると共に全マスク部１５のスリットを同一方向に配列したものである。メタルマスク１２の厚さ、マスク部１５の寸法、それに形成したスリットの寸法等は特に限定するものではないが、代表的なものとして、メタルマスク１２の厚さは３０〜２００μｍ、マスク部１５の寸法は長さが５０〜７０ｍｍ、幅が３０〜５０ｍｍ、スリットの幅は５０〜１００μｍ、スリットを構成する金属細線の幅は１００〜１５０μｍ等を例示できる。フレーム１３は、メタルマスク１２の多数のマスク部１５を形成した領域を包含する大きさの開口部１７を備えた枠状のものである。このフレーム１３は、張力を加えた状態のメタルマスク１２の周縁部分を固定した後においても、そのメタルマスク１２の張力によってたわんでメタルマスクにゆがみやたるみが生じることがないよう、また、保管時、蒸着機への取付時、蒸着操作時などの取り扱い時においても常にメタルマスク１２を平坦な状態に保持しうるよう、大きい剛性を備えたものであり、その剛性を付与するため、フレーム１３には十分な厚さ及び幅を持たせている。例えば、フレーム１３の厚さとしては、２ｍｍ〜３０ｍｍ程度を例示でき、幅（開口部１７の内周面とフレーム外周面との距離）としては、５ｍｍ〜５０ｍｍ程度を例示できる。メタルマスク１２の周縁部分のフレーム１３に対する固定方法としては、特に限定するものではないが、レーザ溶接、接着剤、ねじ止め等を例示でき、この実施の形態ではレーザによるスポット溶接を用いている。図中、２０はスポット溶接部である。
【００１１】
蒸着マスク１１を構成するメタルマスク１２及びフレーム１３の材料には、共にインバー材が用いられる。ここで用いるインバー材としては、Ｆｅ−３６％Ｎｉの標準組成のものでもよいし、この標準組成のＮｉの一部をＣｏに置換したもの、或いは微量のＭｎを添加したものでもよい。これらのインバー材はきわめて低い熱膨張率を示しており、例えば、Ｆｅ−３６％Ｎｉの標準組成のものでは、熱膨張率が１．２×１０−６／Ｋ程度であり、また、標準組成のＮｉの一部をＣｏに置換したもの、或いは微量のＭｎを添加したものでは、熱膨張率が０．１×１０−６／Ｋ程度である。
【００１２】
なお、図２から良く分かるように、フレーム１３に取り付ける前のメタルマスク１２は、フレーム１３よりも縦横両方向ともに大きくして、フレーム１３への取付時に、メタルマスク１２の外周部分をクランプして引っ張り、メタルマスク１２に所望の張力を付与しうるようにしている。また、メタルマスク１２の、フレーム１３の外周縁にほぼ対応する位置に、折り曲げることで容易に切断可能なミシン目、溝等の易切断線１９を形成している。なお、易切断線１９は、メタルマスク１２に加える引張力には耐え得る強度を備えたものである。
【００１３】
次に、蒸着マスク１１の製造方法を説明する。まず、図２に示すメタルマスク１２及びフレーム１３を作成する。このメタルマスク１２は、インバー材の薄板にエッチング等の手段を用いてマスク部１５及び易切断線１９を形成することで作成される。また、フレーム１３はインバー材を機械加工することで作成される。
【００１４】
次に、フレーム１３の上にメタルマスク１２を乗せ、図３に示すように、そのメタルマスク１２の４辺のそれぞれを、複数のクランプ２３で把持させ、各クランプ２３に連結しているエアシリンダ等の駆動手段２４を作動させて、各クランプ２３を矢印で示すように縦横方向に引っ張り、メタルマスク１２に引張力を加える。ここで、メタルマスク１２の４辺にそれぞれ設けている複数のクランプ２３は、マスク部１５の列と、マスク部の無い領域とに合わせて配置しており、従って、メタルマスク１２のマスク部１５を形成した領域と、マスク部の無い領域とをそれぞれ別個のクランプ２３で引っ張ることが可能であり、これによって、メタルマスク１２の剛性の異なる領域をそれぞれ別個のクランプ２３で引っ張り、張力調整することができる。複数のマスク部１５を形成したメタルマスク１２を、マスク部１５のスリット方向に引張って、スリットを平行に引き揃えようとする場合、通常は、メタルマスク１２の両端をそれぞれ１個の長いクランプで把持して引っ張れば良いと考えられるが、メタルマスク１２が極く薄く且つスリットが繊細な場合には、単にメタルマスク１２の両端をそれぞれ１個の長いクランプで把持して引っ張っただけでは、マスク部の境界領域にゆがみやたるみが生じてしまう。そこで、その問題を回避するため、この実施の形態では、図３に示すように、メタルマスク１２の各辺を複数のクランプ２３で把持して引っ張っている。そして、メタルマスク１２の各辺を複数のクランプ２３で把持して引っ張った状態で、メタルマスク１２の表面状態を目視検査し、ゆがみやたるみがあれば、その領域を引っ張っているクランプ２３に加える引張力を調整し、メタルマスク１２をゆがみやたるみのない平坦な状態で且つマスク部１５のスリットが平行に引き揃えられた状態に調整する。また、メタルマスク１２に形成している各マスク部１５の位置を検査し、各マスク部が所定の寸法精度内の位置に入るように、各クランプ２３の引張力を調整する。以上により、メタルマスク１２をゆがみやたるみの無い状態で且つ各マスク部１５が所定の寸法精度範囲内に位置する状態とすることができる。その後、この状態で、メタルマスク１２の周縁部分をフレーム１３に、レーザ光を用いてスポット溶接し（符号２０参照）、固定する。その後、クランプ２３を外し、メタルマスク１２の周縁の不要部分を易切断線１９を利用して除去する。以上により、図１に示すように、フレーム１３にメタルマスク１２を固定した構成の蒸着マスク１１が製造される。
【００１５】
得られた蒸着マスク１１では、メタルマスク１２がゆがみやたるみの無い状態で且つマスク部１５のスリットが正確に平行に揃った状態に保たれており、且つ各マスク部１５の位置も所定の寸法精度内に保たれている。その後、この蒸着マスク１１を用いて、所定の蒸着操作を行う。すなわち、この蒸着マスク１１に被蒸着基板を取り付け、蒸着機にセットし、有機ＥＬ素子の有機層又はカソード電極の蒸着を行う。ところで、蒸着マスク１１を製造した後、それを使用するまでの間に、その蒸着マスク１１が製造時とは異なった温度環境下に置かれることが多いが、前記したように、メタルマスク１２及びフレーム１３が共にインバー材で形成されているので、両者の熱膨張及び熱収縮に差がほとんどなく、しかもその熱膨張及び熱収縮はきわめて小さい。このため、メタルマスク１２にたわみが生じることがない。従って、フレーム１３にメタルマスク１２を固定する時の温度及びその後の保管時の温度をシビアに管理する必要がない。また、蒸着時には、蒸着マスク１１が高温雰囲気下に置かれるため、蒸着マスク１１の温度が上昇し、フレーム１３及びメタルマスク１２が共に熱膨張する。しかしながら、メタルマスク１２及びフレーム１３を形成するインバー材は、きわめて熱膨張率が小さく、従来フレームやメタルマスクに用いていた材料に比べて数分の１或いは数十分の１である。このため、蒸着時に蒸着マスク１１に温度上昇があっても、メタルマスク１２にたわみが生じることがなく、且つメタルマスク１２の熱膨張が小さいため、各マスク部１５の位置の変動はきわめて微小である。このため、微細なパターンの蒸着を位置精度良く行うことができ、高品質の有機層又はカソード電極を形成できる。
【００１６】
なお、上記した実施の形態では、メタルマスク１２をフレーム１３に固定する際に、メタルマスク１２の４辺をそれぞれ、マスク部１５に対応する領域とマスク部のない領域に対応して設けた複数のクランプ２３で把持して引張っているが、メタルマスク１２を引っ張る手段はこの構成に限らず、メタルマスク１２をゆがみやたわみの無い平坦な状態に引っ張り、且つマスク部のスリットを平行に引き揃えることができれば、適宜変更可能である。例えば、メタルマスク１２の各辺に設ける複数のクランプの個数やクランプの幅を変更するとか、メタルマスク１２の各角部を対角線方向に引っ張る等の変更を加えても良い。
【００１７】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の蒸着マスクは、複数のマスク部を備えたメタルマスクを張力をかけて平坦に保った状態でフレームに固定支持させ、且つそのメタルマスク及びフレームを共にインバー材で形成するという構成としたものであるので、フレームにメタルマスクを固定する時にシビアな温度管理をしなくても、その後の温度環境によってメタルマスクがたわむということがなく、常にマスク部を所定のパターンに保持でき、また、蒸着時に温度が上昇してもメタルマスクの熱膨張が小さく、このためマスク部の位置精度の低下を抑制でき、所望パターンでの位置精度の良い蒸着を、多面付けで生産性良く行うことができるという効果を有している。そして、この蒸着マスクを有機ＥＬ素子の有機層又はカソード電極の蒸着に用いることで、高精細パターンの有機層又はカソード電極を生産性良く形成できるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る蒸着マスクの概略斜視図
【図２】図１に示す蒸着マスクの製造に用いるメタルマスク及びフレームを示す概略斜視図
【図３】メタルマスクをフレームに固定する際に、メタルマスクに張力を加える状態を示す概略平面図
【図４】多面付けのメタルマスクを示す概略平面図
【図５】先に開発した蒸着マスクの概略斜視図
【符号の説明】
１１  蒸着マスク
１２  メタルマスク
１３  フレーム
１５  マスク部
１７  開口部
１９  易切断線
２０  スポット溶接部
２３  クランプ
２４  駆動手段（エアシリンダ）
【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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