(57)【要約】【課題】マスクに熱履歴を与えることがなく、マスクに堆積した蒸着物の剥がれ、マスクのシャドーマスク部の金属疲労の発生等を防ぐことができる真空蒸着装置を提供すること。【解決手段】複数のストライプ或は複数の矩形状のマスク開口部を有するメタルマスクと該メタルマスクを収納するマスクストック室を備えて成る真空蒸着装置において、有機材料を加熱蒸発手段内に配置させ、所定の基板に真空蒸着を行う動作により、基板の蒸着を複数回行い、マスクストック室のマスクの温調手段を、マスクの使用時及び非使用時に関わらず常時ＯＮとし、マスクの洗浄を行う時のみ前記温調手段をＯＦＦとする。【選択図】図２
2007002309.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のストライプ或は複数の矩形状のマスク開口部を有するメタルマスクと該メタルマスクを収納するマスクストック室を備え、前記メタルマスクは、開口部を有する板状の枠体に溶接又は接着され、枠体の線膨張係数よりも小さい線膨張係数を有する材質で構成され、前記マスクストック室には、メタルマスクを所定の温度まで加熱し、且つ、その温度を一定に保つための温度制御手段を有し、基板に真空蒸着を行う真空チャンバ内で使用されるものであって、メタルマスクを少なくとも真空チャンバとマスクストック室との間を搬送せしめる手段とを有する真空蒸着装置において、
有機材料を前記加熱蒸発手段内に配置させ、所定の基板に真空蒸着を行う動作により、基板の蒸着を複数回行い、前記マスクストック室のマスクの温調手段を、マスクの使用時及び非使用時に関わらず常時ＯＮとし、マスクの洗浄を行う時のみ前記温調手段をＯＦＦとすることを特徴とする真空蒸着装置。
【請求項２】
前記メタルマスクの材質を３６％Ｎｉ鋼とし、前記マスクフレームの材質をステンレス鋼とすることを特徴とする請求項１記載の真空蒸着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シャドーマスクを用いて基板へ有機材料の塗り分けを行う真空蒸着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、真空蒸着にて、有機材料を基板に蒸着する際に、基板の所定の場所に、左記有機材料の蒸着を行うためには、真空チャンバー内で、シャドーマスクを基板に当接させて用いる方法が一般的である。
【０００３】
このシャドーマスクは、厚さが０．０２ｍｍ程度〜０．２ｍｍ程度と、ごく薄いものが一般的であり、その製作には、板材から開口部のパターンをエッチングにて抜く方法と、電鋳にて開口パターンを持ったマスクを製作する方法が良く用いられている。
【０００４】
従って、シャドーマスク単体ではその厚みが薄いため、他の部材を用いて保持する必要がある。
【０００５】
この方法として、厚み２〜１０ｍｍ程度のステンレス鋼或はは鉄にて、マスクフレームを構成し、これにマスクを接着或は溶接にて、左記マスクフレームに固定する方法が良く用いられている。
【０００６】
更に、マスクフレームとシャドーマスクの線膨張係数で、マスクフレームの線膨張係数の方が、シャドーマスクの線膨張係数よりも大きい材料を用いた場合、マスク全体を、例えば、マスクストック室に予め設けられているヒータ手段等で暖めると、マスクフレームとシャドーマスクの膨張率の差から、シャドーマスクが、マスクフレームに引っ張られて張力が生ずるようになる。
【０００７】
この張力によって、シャドーマスクの撓みやシワが無くなるので、シャドーマスクの開口パターンに歪みや、基板へのムラの無い良好な蒸着を行うことができる。
【特許文献１】特開２００２−３７１３４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記の従来例では、マスクを用いた蒸着を複数回以上行うと、マスクの非開口部に蒸着物質が堆積するようになる。この堆積物は、マスクの温度が低下すると、マスクフレームが収縮し、これにより、シャドーマスクに弛みやシワが発生し易くなる。これにより、シャドーマスクに堆積した蒸着物がマスクから剥がれ易くなり、この状態で、再びマスクストック室等でマスク全体を暖めると、シャドーマスクの張力が再び上がる。この熱履歴及びマスクの緩みと張りとの繰り返しによって、蒸着物による堆積物がマスクとの界面で剪断する力が働き、これによりマスクから落下してしまうという問題があった。
【０００９】
更に、上記落下物が、再び蒸着室に設けられている坩堝内に入り、蒸着物に異物として混入してしまうという問題があった。
【００１０】
本発明は上記問題に鑑みてなされたもで、その目的とする処は、マスクに熱履歴を与えることがなく、マスクに堆積した蒸着物の剥がれ、マスクのシャドーマスク部の金属疲労の発生等を防ぐことができる真空蒸着装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、複数のストライプ或は複数の矩形状のマスク開口部を有するメタルマスクと該メタルマスクを収納するマスクストック室を備え、前記メタルマスクは、開口部を有する板状の枠体に溶接又は接着され、枠体の線膨張係数よりも小さい線膨張係数を有する材質で構成され、前記マスクストック室には、メタルマスクを所定の温度まで加熱し、且つ、その温度を一定に保つための温度制御手段を有し、基板に真空蒸着を行う真空チャンバ内で使用されるものであって、メタルマスクを少なくとも真空チャンバとマスクストック室との間を搬送せしめる手段とを有する真空蒸着装置において、
有機材料を前記加熱蒸発手段内に配置させ、所定の基板に真空蒸着を行う動作により、基板の蒸着を複数回行い、前記マスクストック室のマスクの温調手段を、マスクの使用時及び非使用時に関わらず常時ＯＮとし、マスクの洗浄を行う時のみ前記温調手段をＯＦＦとすることを特徴とする。
【００１２】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記メタルマスクの材質を３６％Ｎｉ鋼とし、前記マスクフレームの材質をステンレス鋼とすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、以下のような効果が得られる。
【００１４】
１）マスクストック室の温度制御装置の電源を常時ＯＮとすることで、マスクに熱履歴を与えることがなく、これにより、マスクに堆積した蒸着物が剥がれて落下し、これが坩堝内に入って不純物として不具合を発生させることを防ぐことができる。
【００１５】
２）マスクストック室の温度制御装置の電源を常時ＯＮとすることで、マスクに熱履歴を与えることがなく、これにより、マスクのシャドーマスク部の金属疲労が発生せず、マスクの微細な画素開口部が上記金属疲労によりシワの残留や破断によってマスクとして使用不能になることを防ぐことができる。
【００１６】
３）マスクストック室の温度制御装置の電源を常時ＯＮとすることで、マスクに熱履歴を与えることがなく、これにより、マスクのシャドーマスク部の金属疲労が発生せず、マスクの微細な画素開口部が上記金属疲労により劣化することがないため、マスクの繰り返し使用可能回数を大きく設定することができ、蒸着して製作するパネルの製造コストを下げることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１８】
本発明は、マスクフレームの線膨張係数がシャドーマスクの線膨張係数よりも大きい材質のものを用いて、且つ、マスクフレームにシャドーマスクを溶接して用いている。
【００１９】
このマスクを用いて、例えば、マスクストック室にヒータ手段を用いて、マスク全体を暖めると、マスクフレームが膨張し、シャドーマスクとの膨張率の差からシャドーマスクに張力が発生し、この張力によって、シャドーマスクの弛みやシワを防止することができる。
【００２０】
次に、上記マスクストック室のヒータ手段の電源をＯＦＦとすると、マスクの温度低下に伴い、マスクフレームが収縮するので、シャドーマスクに弛みが生じるようになる。
【００２１】
その後、上記マスクを蒸着に使用するために、上記ヒータ手段をＯＮとして暖めると、上記作用によりシャドーマスクの弛みは無くなる。
【００２２】
上記の熱履歴によって、シャドーマスクの裏に堆積した蒸着物が剥がれて落下して坩堝内に混入したり、他の基板に付着する不具合を防ぐために、マスクストック室のヒータ手段を、マスク洗浄時以外は、常にＯＮとすることで、マスクのシャドーマスクの弛みを防ぐことは勿論、シャドーマスクが張った状態を維持し、これにより弛んだ状態との履歴がないので、シャドーマスク裏面に堆積した蒸着物の落下を防ぐことができ、これによる不具合が発生することがない。
【００２３】
その後、マスクを所定の回数を使用した後は、マスクストック室のヒータ手段の電源をＯＦＦとし、シャドーマスクは弛んだ状態になるが、このときは、マスクをマスクストック室から搬送して、別体のマスク洗浄装置で洗浄を行うので問題はない。
【００２４】
上記マスク洗浄後に、マスクをマスクストック室へ搬送し、その後ヒータ手段をＯＮとして、マスクフレームとシャドーマスクの線膨張係数の差から張力が生じて、シャドーマスクの弛みを防止して良好な蒸着パターンを再び得ることができる。
【００２５】
以下に、具体的な実施の形態について説明する。
【００２６】
図１〜図６に本発明のマスク５及びマスクストック室１の形態を示す。
【００２７】
図１は本発明の実施形態の１つとして、マスクストック室１を示す。
【００２８】
マスクストック室１は、真空糟２により構成されていて、不図示の排気ポンプが装着されていて、内部を真空状態にすることができる。
【００２９】
図において、マスク５は、真空糟２内に設けられている不図示のラックに置かれていて、その下に加熱手段３が設けられている。
【００３０】
上記加熱手段３は、温度制御装置４によって温度制御が行えるようになっている。
【００３１】
真空糟２内には、上記のマスク５と加熱手段３が各５個ずつ搭載できるようになっている。尚、マスク５の詳細は、図３〜図６を用いて後述する。
【００３２】
次に、図２において、真空蒸着装置１０にマスクストック室１が接続されている状態を示す。
【００３３】
図において、上記真空糟２には、アイソレーションバルブ１５が接続され、真空チャンバー１１へ、搬送手段１６によって、マスク５を搬送することができる。真空チャンバ１１には、アクチュエータ１２があり、その動作ロッド１２ａの先端に基板１９が保持されている。
【００３４】
上記基板１９に、マスク５が搬送手段１６内の搬送アームによって、基板１９の所定の位置に搬送され、不図示のマスク台にマスク５が置かれる。その後、アクチュエータ１２の駆動によって基板の位置を所定の位置へ駆動し、マスクアライメントが行えるようになっている。
【００３５】
更に、マスク５の下方には加熱手段１８があり、マスク５を保温できるようになっている。加熱手段１８には、不図示の温度制御手段に接続され、マスク５の温度を所定の温度に保つことができる。更に、マスク５の下方には坩堝１３があり、発熱手段１３ａを有している。
【００３６】
坩堝内には、材料１４が納められていて、これにより、真空蒸着が行えるようになっている。図において、ポンプ１７は、真空ポンプであり、真空チャンバー１１に接続されている。
【００３７】
上記がマスクストック室１の構造及び真空蒸着装置１０の構成である。
【００３８】
次に、動作について説明する。
【００３９】
マスクストック室１内に、収納されたマスク５は、加熱手段３によって加熱される。この加熱手段３は、温度制御手段４によって所定の温度に制御されている。
【００４０】
マスク５は、上記の加熱によってマスクフレームとシャドーマスクが熱膨張し、その線膨張係数の違いによりシャドーマスクに張力が発生し、シャドーマスクの弛みやシワが無い状態にすることができる。
【００４１】
本実施の形態では、温度制御手段を用いてマスク５の温度が４５℃になるように制御を行なった。
【００４２】
次に、搬送手段１６によって４５℃に加熱された上記マスク５を搬送し、真空チャンバー１１内へ搬送する。
【００４３】
上記真空チャンバー１１内には、材料１４を真空蒸着して用いるための基板１９が保持されており、その基板に、上記マスク５の画素開口部が、上記で説明したように所定の位置に位置合わせをして当接できる構造になっている。
【００４４】
従って、４５℃に加熱された上記マスク５が上記搬送手段によって搬送され、その次に上記真空チャンバ内に搬送され、有機材料の真空蒸着が行えるようになる。この動作により、マスク５は、マスクストック室１に搭載されている状態では、４５℃に暖められており、シャドーマスク部分は、前述のように弛みやシワが無い状態になっている。
【００４５】
この状態で、上記搬送手段によって、上記真空チャンバ内に装着されることで、マスク５は加熱手段３による加熱を受けられなくなるので、自然放熱によって温度の低下が始まる。
【００４６】
しかし、マスク５がアクチュエータのアーム１２ａに保持されると、その直下に加熱手段が１８が配置しているので、この加熱手段による温度制御により、マスク５は再び４５℃を保つことができる。
【００４７】
本実施の形態では、マスクフレームとしては厚みが１０ｍｍのものを用いたが、その熱容量によって、マスク５がマスクストック室から真空チャンバ内への搬送中の温度低下は僅かであって、その後、加熱手段１８による加熱で再び４５℃に加熱されるようになる。
【００４８】
上記マスクフレームの温度が４５℃とすると、その熱膨張によるシャドーマスクに生ずる張力は維持されており、シャドーマスクの画素開口部での弛みやシワは発生していないので、基板へ、良好な蒸着パターンを得ることができている。
【００４９】
上記で説明したように、マスク５は、マスクフレームの線膨張係数よりもシャドーマスクの線膨張係数の方が小さいので、マスク５全体を暖めると、マスクフレームの熱膨張量が大きいことから、シャドーマスクが引っ張られて張力が生じ、これによりシャドーマスクの弛みやシワを無くすることができ、良好な蒸着パターンを得ることができる。
【００５０】
この良好な蒸着パターンを維持するために、本発明では、マスクストック室内に、マスクの加熱手段を設けておき、更に真空チャンバ内で、蒸着中においても、マスクの温度維持のための加熱を行う構成になっている。
【００５１】
上記構成にて、マスクを複数回使用すると、その裏面の非開口部には蒸着物が堆積する。この堆積した蒸着物が、マスク５を例えば冷却すると、シャドーマスクの張力が殆ど無くなり、これによりシャドーマスク部が撓んだ状態になる。
【００５２】
その後、マスクを再び加熱すると、堆積した蒸着物とシャドーマスクとの界面に剪断力が生じて剥がれ易くなってしまう。
【００５３】
従って、マスク使用後に、マスクストック室の加熱手段の電源をＯＦＦとし、その後、マスクを蒸着のために使用する毎に、その加熱手段の電源をＯＮとすると、その熱履歴によるシャドーマスクの張力の有無によって、その裏面に堆積した蒸着物が剥がれて落下して不純物として坩堝に混入してしまう。
【００５４】
本発明では、このマスクストック室のマスク加熱手段の電源を蒸着を行うか、或は行わないかに関わらず、常時ＯＮとすることとを特徴としている。
【００５５】
上記のように、加熱手段を常時ＯＮとすると、上記の熱履歴が生じないので、マスク裏面に堆積した蒸着物が剥がれることはない。
【００５６】
そして、マスクを所定の回数だけ蒸着に使用すると、その後は、マスクストック室のマスク加熱手段の電源をＯＦＦとし、マスクが常温になると、マスクをマスクストック室から搬出し、別体の洗浄装置内でマスクの洗浄を行うという構成になっている。
【００５７】
次に、上記で用いたマスク５の詳細について説明する。
【００５８】
図３〜図６に本実施の形態で用いたマスク５の形態を示す。
【００５９】
図３において、マスク５は、シャドーマスク６とマスクフレーム７とから成る。図から分かるように、マスクフレーム７の上にシャドーマスク６があり、このシャドーマスク６は、多数の溶接箇所６ａによってマスクフレーム７に溶接されている。本実施の形態では、左記溶接には、スポット溶接を用いた。
【００６０】
マスクフレーム７は、図中点線にて示した開口部７ａがあり、その開口部内に、シャドーマスクの画素開口部６ｂが設けられている形状になっている。
【００６１】
図４にマスクフレーム７の詳細を示す。図から分かるように、開口部７ａを有している。
【００６２】
図５に、シャドーマスク６の詳細を示す。図から分かるように、多数の画素開口部６ｂを有している。
【００６３】
図６に本実施の形態のマスク５の詳細図を示す。
【００６４】
図６はマスク５の断面図の拡大図であり、マスクフレーム７にて開口部７ａがあり、その開口内に、シャドーマスク６の画素開口部６ｂがある構成であることが分かる。更に、溶接部６ａによってシャドーマスク６がマスクフレーム７へ溶接が行われている状態であることを示している。
【００６５】
又、マスクフレーム７の厚さは、本実施の形態では１０ｍｍ程度のものを用いている。
【００６６】
更に、マスクフレーム７の材質は、ステンレス鋼のＳＵＳ３０４を用いており、この材質の線膨張係数は、１４×１０-6／℃  となっている。
【００６７】
一方、シャドーマスク６の材質は、インバー鋼を用いており、これはＮｉの含有率が３６％の鋼である。このインバー鋼の線膨張係数は、１．４×１０-6／℃  となっている。
【００６８】
従って、上記ＳＵＳ３０４とインバー鋼との線膨張係数の値を比べると、ＳＵＳ３０４の方がインバー鋼よりも１０倍大きい値であることが分かる。このことによって、マスクフレームの熱膨張はシャドーマスクの熱膨張よりも１０倍大きいということになる。
【００６９】
以上の構成であるマスク１は、マスクフレームの大きさが、１００ｍｍ×８０ｍｍであるとし、２０℃環境でシャドーマスクをマスクフレームに溶接を行ったとする。  
そして、マスク１をヒータ等で４５℃まで暖めた場合の伸びＬｆは、
Ｌｓ＝Δｔ×１００×１４×１０-6
＝（６０−２０）×１００×１４×１０-6
＝０．０３５ｍｍ
となる。
【００７０】
これに対して、インバー鋼は、線膨張係数がＳＵＳ３０４の１／１０であるため、その熱膨張量も１／１０となり、その大きさは０．００３５ｍｍである。従って、
ΔＬ＝０．０３５−０．００３５＝０．０３１５ｍｍ（＝約３２μｍ）
となる。
【００７１】
よって、マスクフレームがシャドーマスクを約３２μｍの強制変位で引っ張るということになる。これにより、シャドーマスクには張力が生じ、この張力によって弛みやシワを防止することができる。
【００７２】
以上説明したように、本実施の形態において、マスクストック室と真空チャンバー内に加熱手段を使用した例を示したが、その方法は、電熱線を用いたいわゆるヒータを用いることが可能であることは言うまでもないが、真空糟外にヒータによって水を温めて温水とし、その温水を真空糟内へパイプラインによって流入させ、マスク近傍にラジエータを施した構成による加熱方法としても良い。
【００７３】
又、電磁誘導加熱を行う方法でも良い。これはコイルに高周波の交流電流を印加して、電磁界によって金属内部の自由電子を振動させ、その内部摩擦によって生じる熱によって発熱させる方法である。
【００７４】
この電磁誘導加熱方法では、その発熱効率に関して、印加する周波数と暖めようとする材質との関係がある。
【００７５】
従って、この特性を用いてマスクフレームの材質をＳＵＳ３０４とし、シャドーマスクの材質をインバー鋼とした場合、ＳＵＳ３０４のみを選択的に励起させて発熱させることができる。これにより、より少ない電力でマスクフレームだけを加熱させることができる。
【００７６】
又、上記実施の形態では、マスクの予熱温度を４５℃としているが、左記温度とした理由は、これ以上の温度で真空チャンバ内で基板に当接させた場合は、例えば基板に半導体が印刷されてあるものであった場合等は、その半導体を熱劣化させてしまう心配がある。又、蒸着した有機材料をのものを熱劣化させてしまう心配もあるため、上記実施の形態では、マスクの予熱温度を４５℃とし、基板及び蒸着された材料が熱劣化しない温度で使用したが、６０℃程度でも、熱劣化がないことは分かっている。
【００７７】
又、基板及び蒸着された材料に耐熱性があるものであれば、マスクの予熱温度をより高い温度で用いても差し支えないことは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明に係る真空蒸着装置のマスクストック室の断面図である。
【図２】本発明に係る真空蒸着装置の全体断面図である。
【図３】本発明に係る真空蒸着装置のマスクの正面図である。
【図４】本発明に係る真空蒸着装置のマスクフレームの正面図である。
【図５】本発明に係る真空蒸着装置のシャドーマスクの正面図である。
【図６】本発明に係る真空蒸着装置のマスクの正面図とＡ−Ａ線断面図である。
【符号の説明】
【００７９】
１    マスクストック室
２    真空糟
３，１８  加熱手段
４    温度制御手段
５    マスク
６    シャドーマスク
６ａ    溶接部
６ｂ    画素開口部
７    マスクフレーム
１０    真空蒸着装置
１１    真空チャンバ
１２    アクチュエータ
１２ａ  ロッド
１３    坩堝
１４    材料
１５    独立開閉バルブ
１６    搬送シリンダ
１７    真空ポンプ
１９    基板
【図１】
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【図２】
2007002309.tif 000004
【図３】
2007002309.tif 000005
【図４】
2007002309.tif 000006
【図５】
2007002309.tif 000007
【図６】
2007002309.tif 000008