(57)【要約】【課題】蒸着用メタルマスク構造体について、蒸着使用後のクリーニングを、水分または洗浄液等を残すことなく高品質で効率的に且つメタルマスクを変形させることなく、行なうことができる蒸着用メタルマスク構造体を提供する。【解決手段】蒸着用メタルマスク構造体は、磁性金属からなるメタルマスクと、材質の少なくとも一部が磁石からなる支持枠からなり、メタルマスクは支持枠に磁力により吸引固定される構成であり、メタルマスクと支持枠の接合と分解が容易に可能な構造体とした。更に、蒸着使用後のクリーニングを、メタルマスクと支持枠とを分解して行うことにより、クリーニング仕上げ工程での水分や溶剤等の効果的な乾燥除去を実現した。 【選択図】図２
2005350712.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸着処理に用いるためのメタルマスクと該メタルマスクを支持する支持枠からなるメタルマスク構造体であって、
前記メタルマスクの材質が磁性金属からなり、
前記支持枠の材質の少なくとも一部が磁石からなり、
前記メタルマスクと前記支持枠が着脱可能であることを特徴とするメタルマスク構造体。
【請求項２】
前記支持枠を構成する磁石の磁気方向が、メタルマスク面にほぼ垂直であることを特徴とする請求項１のメタルマスク構造体。
【請求項３】
前記メタルマスクの外周部の厚みが、内周部の厚みに比べ厚い構造であることを特徴とする請求項１乃至２のメタルマスク構造体。
【請求項４】
前記支持枠は、メタルマスクとの接合面に複数の突起を有し、前記メタルマスクは前記突起と嵌め合わされる開口を有していることを特徴とする請求項１乃至３のメタルマスク構造体。
【請求項５】
前記支持枠の材質の少なくとも一部を構成する磁石が、アルニコ磁石であることを特徴とする請求項１乃至４のメタルマスク構造体。
【請求項６】
前記磁性金属が、ニッケルであること、またはニッケルと鉄との合金であることを特徴とする請求項１乃至５のメタルマスク構造体。
【請求項７】
前記ニッケルまたは前記ニッケルと鉄との合金が、電鋳法で製造されたことを特徴とする請求項１乃至６のメタルマスク構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸着用メタルマスクに係わり、金属製の薄膜からなるメタルマスクとそのメタルマスクを支持する支持枠とを容易に分解可能とし、蒸着使用後のメタルマスク部を効果的にクリーニングすることが出来るメタルマスク構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガラス基板等の基板表面に、蒸着法により画素や配線等を形成するためにメタルマスクを用いる方法がある。特に、有機ＥＬ素子の製造において、有機材料からなる発光層を蒸着法で成膜し、画素形成するためのメタルマスクは、高精細の画素を形成するために１００〜３００μｍ縦横の蒸気通孔が多数設けられ、この蒸気通孔の形状を精度良く加工するためにメタルマスク自体の厚みは５０〜数百μｍの薄膜と成っている。この薄膜であるメタルマスクは、緊張状態で且つ平坦に支持するための剛性のある支持枠と接合したメタルマスク構造体となって使用されている。
【０００３】
有機ＥＬ素子製造における有機材料の蒸着では、真空製膜装置内において画素を蒸着形成される基板とメタルマスク構造体とが、有機材料の蒸発源に対向して、図１のように配置されて蒸着が行われる。さらに、前記基板は所定の蒸着処理後に新たな基板に交換されるが、前記メタルマスク構造体は所定回数繰り返して蒸着処理に使用される。このように繰り返し蒸着処理に使用したメタルマスク構造体には、蒸着源側の面または蒸気通孔の側面に有機材料が数ミクロンの厚さに付着堆積し、その付着堆積物が蒸気通孔を塞いだり、付着堆積物が剥がれ蒸着源に落下して有機材料を汚染したりするなどの問題が生じることがある。
【０００４】
このため、使用したメタルマスク構造体は、定期的に真空成膜装置内から取り出してクリーニングし、付着堆積した有機物層を除去し、清浄して再利用することが行なわれている。また、有機材料の蒸着処理に使用したメタルマスクのクリーニングには、有機溶剤性または水溶性洗浄剤を用いられて堆積付着した有機物層を除去する。
従来技術におけるメタルマスク構造体のメタルマスクと支持枠との固定は、薄膜であるメタルマスクを緊張状態でスポット溶接または接着して支持枠に固定する方法が開示されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−２７２８３９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述のようにメタルマスクと支持枠が固定されたメタルマスク構造体において、スポット溶接での固定では、溶接部周囲のメタルマスクと支持枠の接合面の間に僅かな隙間が存在し得る。このため、メタルマスク構造体をクリーニング、水洗仕上げおよび乾燥した後において、この隙間に水分または洗浄剤が残り得る。また乾燥の温度と時間を過剰に処理することは、薄膜からなるメタルマスクの蒸気通孔の密集部等に変形を生じることとなり、実用的には避けるほうが良い。このような溶接固定法のメタルマスク構造体をクリーニング処理し、再び基板を蒸着処理するために真空成膜装置において使用する場合、前記の隙間部に残留している水分または洗浄剤がアウトガスとして蒸発するため、真空圧力の維持不良、有機ＥＬ材料の汚染等が生じ、強いては蒸着膜の品質に影響を与える等の問題がある。
【０００６】
また、接着での固定では、クリーニングに用いる洗浄剤にもよるが、メタルマスク上に付着堆積した有機物層の洗浄除去と同時に洗浄剤が接着剤と反応し、メタルマスクと支持枠との接着固定を破壊することがある。また、真空成膜装置内での使用条件によっては接着剤からのアウトガスが発生し、安定した蒸着膜質が得にくいという問題がある。
【０００７】
本発明の目的は、メタルマスクと支持枠とが接合したメタルマスク構造体において、蒸着処理の使用後のクリーニング性を向上させ、水分や溶剤等の乾燥除去を完全にさせることと、繰り返しの再利用性を高め、真空成膜装置内で高品質の蒸着を行うためのメタルマスク構造体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は上記の課題を、蒸着処理に用いるためのメタルマスクと該メタルマスクを支持する支持枠からなるメタルマスク構造体であって、前記メタルマスクの材質が磁性金属からなり、前記支持枠の材質の少なくとも一部が磁石からなり、前記メタルマスクと前記支持枠が着脱可能であることを特徴とするメタルマスク構造体により、解決する。
【０００９】
更に、本発明では、前記支持枠を構成する磁石の磁気方向が、メタルマスク面にほぼ垂直であることを特徴とするメタルマスク構造体であり、メタルマスクは支持枠に着脱可能に吸引固定される。
【００１０】
また、メタルマスクの外周部の厚みが、内周部の厚みに比べ厚い構造であることにより、薄膜であるメタルマスクの剛性を強くして形状保持力を上げている。更に、支持枠は、メタルマスクとの接合面に複数の突起を有し、メタルマスクはこれらの突起と嵌め合わされる開口を有していることにより、メタルマスクと支持枠とを固定する際の位置決め性または着脱性を容易にする構造を特徴とするメタルマスク構造体である。
【００１１】
また、支持枠の材質の少なくとも一部を構成する磁石がアルニコ磁石であり、およびメタルマスクを構成する磁性金属がニッケルであること、若しくはニッケルと鉄との合金であり、更に、これらの磁性金属が電鋳法で製造されたことを特徴とするメタルマスク構造体である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によるメタルマスク構造体は、メタルマスクと支持枠とが容易に分離可能で有ることにより、蒸着処理の使用後のクリーニング性を向上させ、繰り返しの再利用性を高める効果があり、より経済的な蒸着が可能となる。更に、クリーニング仕上げ工程で水分や溶剤等の乾燥除去を効果的にすることとなり、真空成膜装置内でのアウトガスが抑えられ、高品質の蒸着成膜が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【実施例１】
【００１４】
図２は、本発明の第１の実施形態によるメタルマスク構造体の例を示す斜視図である。図２（ａ）は磁性金属からなるメタルマスク１を示し、図２（ｂ）はメタルマスクを支持する支持枠２が磁石で製作されたものを示す。図２（ｃ）は、メタルマスク１が支持枠２の磁力で吸引されて組合されたメタルマスク構造体３を示すものである。更に図３は、図２（ｃ）のＡ−Ａ線における断面を示し、図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の順に磁性金属からなるメタルマスク１、磁石で製作された支持枠２、メタルマスク１と支持枠２を接合し組合せたメタルマスク構造体３のそれぞれの断面を示す。図示から判るようにメタルマスク構造体は、メタルマスク１と支持枠２は容易に着脱が可能である特徴を有し、メタルマスク１は磁石からなる支持枠２の磁力に吸引固定されてなる構造体である。また、後述する蒸着処理の使用後のクリーニング性が良く、再利用に優れたメタルマスク構造体である。
【００１５】
次に実施例１におけるメタルマスク構造体の詳細構成について説明する。
実施例１における支持枠２は、アルニコ磁石を鋳造した後に機械加工を行い製作した。図３（ｂ）に示すように上面がＮ磁極、下面がＳ磁極であり、磁気方向は支持枠２に組合わさるメタルマスク１に対しほぼ垂直方向となっている。更に、支持枠２には、メタルマスク１の合せ穴１４と嵌め合せるために、支持枠上面から突起して合せピン２１が埋め込んである。この合せピン２１と合せ穴１４との嵌め合せにより、メタルマスク１と支持枠２との間の位置決めまたは向き決めのための利便を図ることが出来る。
【００１６】
また、合せピン２１は、ＳＵＳ４３０製の丸棒形状に製作したものであり、支持枠２に設けた合せピン２１の径より僅かに大きい径の埋め込み穴２５に埋め込まれてある。合せピン２１の上端は支持枠２の上面からメタルマスク１の厚さを上回らない高さに調整して突起している。さらに、合せピン２１は材質がマルテンサイト系ステンレスＳＵＳ４３０で磁性を有し、支持枠２の磁力で埋め込み穴２５に吸引固定される。埋め込んだ合せピン２１の下側には、合せピンより小径の貫通穴２２が設けてあり、この貫通穴２２を利用して合せピン２１は支持枠２から容易に取外し可能である。更に、この貫通穴２２は、埋め込み穴２５の後述するクリーニングにおいて利用することも好適である。
【００１７】
次にメタルマスク１の構成を図２および図３を参照し詳細に説明する。実施例１におけるメタルマスク１の材質は磁性を有する純ニッケル製とした。また、多数の蒸着通孔１１が配置されるメタルマスクの内周部１３は、蒸着通孔の形状を高精度に仕上げるために厚み２０μｍの薄膜とし、外周部１２は内周部１３より８０μｍ厚くして計１００μｍの厚みとした。外周部１２を１００μｍの厚さで製作したことにより、メタルマスクの剛性を増加させた。したがって、メタルマスク１は、支持枠２から取り外して後述するクリーニングをする際に取扱いが容易になり、保管・保持において変形することを防げる効果が得られる。また、合せ穴１４は外周部１２に設ける。また、メタルマスク１の外形は、支持枠２の外形と略同一であること、また外周部１２の幅が支持枠２の枠幅と略同一であることが好適である。
【００１８】
実施例１では、このような構成のメタルマスク１を高精細な蒸着通孔の加工に最適な電鋳法で製作した。その詳細は公知のニッケルめっき浴を用いて、先ず、第一の電鋳処理として、ステンレス基板の母材表面に、蒸気通孔１１と合せ穴１４のパターンを市販の２０μｍ厚のめっきレジストで形成した後、公知のニッケルめっき浴と公知のめっき法でニッケルを２０μｍ厚に成膜する。次に第二の電鋳処理として、第一電鋳処理後の表面の内周部１３と合せ穴１４のパターンを市販の８０μｍ厚のめっきレジストで形成し、第一の電鋳処理と同様にニッケル８０μｍ厚を追加成膜する。その後、このニッケル電鋳品をステンレス基板から剥がした後、めっきレジストを全て除去してメタルマスク１を完成させる。
【００１９】
上記のように製作したメタルマスク１は、支持枠２の磁力に吸引され、合せ穴１４と合せピン２１とが組合って実施例１のメタルマスク構造体３が完成する。
なお、本実施例では、支持枠の材質にアルニコ磁石を選定したが、この材質の磁石に限定されるものではなく、サマコバ磁石、ネオジム磁石等でも可能であり、残留磁束密度（Ｂｒ）が０．４０〜１．６０Ｔ（テスラ）程度の磁石が望ましい。また、メタルマスクの材質はニッケルに限定されるものではなく、磁石から構成される支持枠に吸引される強磁性体であれば良く、鉄、ニッケル、コバルト等の金属またはこれらの合金であれば良く、更には電鋳法またはエッチング法等で蒸気通孔等が高精細に加工可能であることが好適である。
【００２０】
次に、実施例１のメタルマスク構造体と下記の比較例に示す従来技術の溶接固定によるメタルマスク構造体（以下、比較例品と呼ぶ）とを同一条件で蒸着に使用した後、それぞれクリーニングを行い、再利用を想定した真空成膜装置内でアウトガス発生量を後述の方法で比較した。
【００２１】
［比較例］
比較例として、従来技術の溶接固定によるメタルマスク構造体の構成は下記の通りである（図４参照）。
１）メタルマスク１は合せ穴を設けてない以外は実施例１と同一の材質、寸法であり、実施例１の製作方法で行なった。
２）支持枠２は材質にＳＵＳ４３０を用い、合せピンの埋め込み穴および貫通穴を設けていない以外は実施例１と同一寸法に加工した。
３）上記のメタルマスク１の外周部１２と上記の支持枠２とは、スポット溶接法で図４の符号３１のように固定し、溶接メタルマスク構造体（比較例品）を製作した。
【００２２】
実施例１のメタルマスク構造体と上記比較例品とを、それぞれ真空成膜装置において、有機ＥＬ材料Ａｌｑ３（株式会社同仁化学研究所製）を蒸着源にし、蒸着膜厚５０ｎｍの蒸着を１０回繰り返して、真空成膜装置から取り出した。実施例１のメタルマスク構造体はメタルマスク１、支持枠２、および合せピン２１の全てを分解して、また比較例品は分解できないのでそのままの状態で、市販の有機ＥＬ用洗浄剤セミクリーンＤＦ−７（横浜油脂工業製）を用いたクリーニングを次のプロセスで行い常温乾燥した。
【００２３】
［クリーニング工程］
セミクリーンＤＦ−７原液に常温で１０分間の浸漬→純水流水洗浄→純水浸漬超音波洗浄→ＩＰＡ（イソピルアルコール）浸漬超音波洗浄→８０℃ＩＰＡ蒸気槽リフト処理→常温仕上げ乾燥
その後、実施例１のメタルマスク構造体は組上げて、比較例品は乾燥状態品で、それぞれ個別に真空成膜装置内に入れ真空圧におけるアウトガス量として水の分圧を真空成膜装置に備えた分圧真空計（分圧真空計ＱＩＧ−０６６、アネルバ株式会社製）で測定した。表１は、真空圧約１．０×１０−５Ｐａにおいて評価したメタルマスク構造体と水の分圧の測定結果であり、比較例品に比べ実施例１のメタルマスク構造体は、水の分圧が極めて少なくなっている。このことから実施例１のメタルマスクは、水分残留無い仕上げ乾燥を実現しており、真空蒸着時における水分アウトガスによる有機ＥＬ材料への汚染を極小に出来るものであることが判った。これは、本発明によるメタルマスク構造体をメタルマスク、支持枠および合せピンの全てを容易に分解したことにより、水分等の残留する隙間等が存在しない状態でクリーニングできるからである。
【表１】
2005350712.tif 000003
【実施例２】
【００２４】
本実施例における支持枠２０２は、磁性金属で製作し、その支持枠に複数の磁石を適当な間隔で埋め込んだ構成にした。具体的には、支持枠は磁性を有するＳＵＳ４３０で製作し、複数の棒状アルニコ磁石の磁気方向が、組合わさるメタルマスク面とほぼ垂直に成るように埋め込んだものである。埋め込み穴と合せピン貫通穴は実施例１と同様の構成とし、また、図５に示すように、埋め込んだ棒状アルニコ磁石の互いに隣り合う磁石とは磁気方向が逆向きと成るように配置した。さらに、実施例１の合せピンの位置に埋め込んだ棒状アルニコ磁石２２１は、実施例１と同様に突起して、メタルマスクの合せ穴と嵌合すること出来るものであり、その他の棒状アルニコ磁石２２３は、支持枠２０２のメタルマスク接合面から突起することなく埋め込んであり、その磁力でメタルマスクを適切に吸引するものである。なお、突起した棒状アルニコ磁石２２１と突起していないアルニコ磁石２２３の太さ、配置ピッチ、配置数等は、メタルマスクが支持枠の上面全周にほぼ一様に磁力吸引出来るように考慮して決定した。
【００２５】
本実施例のメタルマスクに関して、寸法は実施例１と同じであるが、材質は３６％ＮｉのＩＮＶＡＲと呼ばれるＮｉ−Ｆｅ合金であり、公知の３６％ＮｉのＩＮＶＡＬ用めっき浴を用い実施例１と同様にめっきレジストの形成と電鋳を２回行い、内周部より外周部を厚くし製作した。ＩＮＶＡＲ材からなるメタルマスクは、ＳＵＳ４３０からなる支持枠２０２より熱膨張率が小さいので、成膜時の温度上昇は合せピン２２１を通じメタルマスクを張り伸ばす効果がある。
【００２６】
以上のように製作したメタルマスクと支持枠２０２を組合せたメタルマスク構造体を、実施例１と同様の蒸着処理の使用をした後、メタルマスク、支持枠および棒状アルニコ磁石の全てを分解して前記クリーニング工程の処理を行った。その後、組合せたこの実施例２のメタルマスク構造体を実施例１と同一の成膜装置内に入れ、実施例１の条件と同様にしてアウトガス量を測定した。結果は表１の通りであり、実施例１のメタルマスク構造体同様に水の分圧が極小であることが判った。
【００２７】
本実施例による支持枠は、製作面において、実施例１の磁石からなる支持枠に比べ材料、加工費が経済的であり、寸法サイズの拡大化において優れている。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明による蒸着用メタルマスク構造体は、磁性金属からなるメタルマスクと、材質の少なくとも一部が磁石からなる支持枠からなり、メタルマスクは支持枠に磁力により吸引固定される構成であり、メタルマスクと支持枠の接合と分解が容易に可能な構造体である。更に、蒸着使用後のクリーニングを、メタルマスクと支持枠とを分解して行うことにより、クリーニング仕上げ工程での水分や溶剤等の効果的な乾燥除去を行うことができる。この特徴を有する本発明のメタルマスク構造体は、有機ＥＬ材料の真空蒸着以外にもスパッター成膜に用いるマスクにも利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】有機ＥＬ材料の真空蒸着におけるメタルマスク構造体の配置を概念的に示す図である。
【図２】本発明の実施例１によるメタルマスク構造体の構成を示す斜視図である。
【図３】本発明の実施例１によるメタルマスク構造体の構成を図１（ｃ）のＡ−Ａ線の断面で示した図である。
【図４】本発明の比較例品のメタルマスク構造体を示す斜視図である。
【図５】本発明の実施例２によるメタルマスク構造体の支持枠を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００３０】
１．    メタルマスク
２．    支持枠
３．    メタルマスク構造体
１１．  蒸気通孔
１２．  メタルマスクの外周部
１３．  メタルマスクの内周部
１４．  合せ穴
２１．  突起している合せピン
２２．  合せピン貫通穴
２５．  埋め込み穴
３１．  スポット溶接部
５０．  蒸着をする基板
５１．  有機材料の蒸着源
５２．  蒸着源からの蒸気
２０２．実施例２による支持枠
２２１．埋め込んだ磁石であり、突起して合せピンとして機能する
２２３．埋め込んだ磁石であり、支持枠上面より突起していない
【図１】
2005350712.tif 000004
【図２】
2005350712.tif 000005
【図３】
2005350712.tif 000006
【図４】
2005350712.tif 000007
【図５】
2005350712.tif 000008