(57)【要約】【課題】  初期状態のメタルマスクに効果的にテンションをかけておくことで、蒸着中に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るマスク構造体を実現する。【解決手段】  金属製の母材１上にメタルマスク１３となるメタルマスク材料層３を形成し、メタルマスク材料層３の外周部には切り込み２を設けておく。母材１より熱膨張率の小さいフレーム１４をメタルマスク１３の外周に当接し、母材１、メタルマスク材料層３およびフレーム１４を所定の温度に加熱した状態で、接着剤１４ａによってメタルマスク材料層３とフレーム１４を接着・固定する。常温に戻ると、母材１とフレーム１４の熱膨張の差に基づくテンションがメタルマスク１３に発生する。切り込み２の外側に位置する母材１の外周部に外力をかけて変形させることで、母材１をメタルマスク１３から剥離する。【選択図】      図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
メタルマスクと前記メタルマスクを支持するフレームを備えたマスク構造体の製造方法であって、
フレームより熱膨張率の大きい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フレームを接着・固定する工程と、を有し、
昇温状態における母材とフレームの熱膨張の差によって、フレームに固定されたメタルマスクにテンションを発生させることを特徴とするマスク構造体の製造方法。
【請求項２】
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ことを特徴とする請求項１記載のマスク構造体の製造方法。
【請求項３】
母材上に成膜されたメタルマスクと、前記メタルマスクを支持するフレームとを有し、前記メタルマスクを前記母材および前記フレームとともに加熱し、昇温状態で前記フレームに接着後に前記母材を剥離・除去したマスク構造体であって、前記母材が前記フレームより熱膨張率の大きい材料で作られており、前記昇温状態における前記母材と前記フレームの熱膨張の差に基づくテンションをかけられた状態で、前記メタルマスクが前記フレームに固定されていることを特徴とするマスク構造体。
【請求項４】
請求項３記載のマスク構造体と、前記マスク構造体に対向するように基板を保持する基板保持手段と、前記マスク構造体および前記基板に向かって蒸発物質を発生させる蒸着源とを備えたことを特徴とする蒸着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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マスク構造体の製造方法およびマスク構造体ならびに蒸着装置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（特開２００２−０６９６１９号公報）や、あらかじめテンションをかけたマスクをフレームに固定する方法（特開平１０−０４１０６９号公報）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
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の技術によれば、以下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】
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あるマスク構造体の製造方法およびマスク構造体ならびに蒸着装置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】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明のマスク構造体の製造方法は、メタルマスクと前記メタルマスクを支持するフレームを備えたマスク構造体の製造方法であって、フレームより熱膨張率の大きい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フレームを接着・固定する工程と、を有し、昇温状態における母材とフレームの熱膨張の差によって、フレームに固定されたメタルマスクにテンションを発生させることを特徴とする。
【００１１】
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。
【００１２】
本発明のマスク構造体は、母材上に成膜されたメタルマスクと、前記メタルマスクを支持するフレームとを有し、前記メタルマスクを前記母材および前記フレームとともに加熱し、昇温状態で前記フレームに接着後に前記母材を剥離・除去したマスク構造体であって、前記母材が前記フレームより熱膨張率の大きい材料で作られており、前記昇温状態における前記母材と前記フレームの熱膨張の差に基づくテンションをかけられた状態で、前記メタルマスクが前記フレームに固定されていることを特徴とする。
【００１３】
本発明の蒸着装置は、上記のマスク構造体と、前記マスク構造体に対向するように基板を保持する基板保持手段と、前記マスク構造体および前記基板に向かって蒸発物質を発生させる蒸着源とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
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用いられる蒸着装置において、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、昇温状態でメタルマスクとフレームを接着する。
【００１５】
接着後に常温に戻ると、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。
【００１６】
このようにしてメタルマスクをフレームに接着・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。
【００１７】
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、厚さを略１ミリメートル、またはそれ以下にするとよい。
【００１８】
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、マスク構造体の製造コストを大幅に低減できる。
【００１９】
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、蒸着装置のマスクのパターン精度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２１】
図１は、一実施の形態による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保持手段である基板ホルダー、メタルマスク１３およびフレーム１４からなる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１４は後述する方法で接合されている。
【００２２】
次に、図１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１４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。
【００２３】
図２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。
【００２４】
図２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。
【００２５】
次に、この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３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。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フレームを加温し、昇温した定常状態を保つ。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。フレームには母材よりも熱膨張率の小さいものを用いる。
【００２６】
ステップ９で温度を保ったままメタルマスク材料層とフレームを接着する。接着剤の硬化・冷却後、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。
【００２７】
図４の（ａ）はレジスト除去後の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。
【００２８】
必要であれば、図４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。
【００２９】
次に、図５に示すように、接着剤１４ａを用いてフレーム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。
【００３０】
図６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。
【００３１】
図７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７の（ａ）に示すように母材１に外力を加え面外に変形させる。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７の（ｂ）に示す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。
【００３２】
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フレームに接着し、硬化・冷却後に母材から剥がすことで、初期状態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作することができる。このような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。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明によるマスク構造体は、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】
【００３４】
【図１】有機ＥＬデバイスの蒸着装置を説明する図である。
【図２】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。
【図３】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４】図３のレジスト除去工程後のマスク構造体を示すもので、（ａ）は本実施の形態による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５】メタルマスクとフレームの接着工程を説明する図である。
【図６】図５のマスク構造体を示す平面図である。
【図７】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。
【符号の説明】
【００３５】
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
【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】
2005105328.tif 000008
【図７】
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