(57)【要約】【課題】成膜時の基板とマスクを隙間無く良好に密着させる。【解決手段】成膜面を下向きに配置した基板１０にマスク２０を密着させて、基板１０上に有機ＥＬ素子の有機ＥＬ層を成膜する。基板１０とマスク２０を密着させる前の状態で基板１０のたわみ量がマスク２０のたわみ量よりも大きくなるように設定しておき、マスク２０を基板１０に圧接することでマスク２０を基板１０のたわみ形状に倣わせて密着させ、その状態で蒸着を行う。マグネットや押圧装置を用いることなく、基板１０の自重によるたわみを利用してマスク２０と基板１０を密着させ、パターンずれ等のない高精度なパターンを形成することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
成膜用マスクを用いた成膜方法であって、
成膜面を下向きにした被成膜基材と成膜用マスクを対向させて支持する工程と、
対向させた被成膜基材と成膜用マスクを互に密着させる工程と、
密着させた成膜用マスクを介して被成膜基材に膜を成膜する工程と、を有し、
互に密着させる前の被成膜基材の自重によるたわみ量が成膜用マスクの自重によるたわみ量より大であることを特徴とする成膜方法。
【請求項２】
成膜面を下向きにした被成膜基材に成膜する成膜方法に用いる成膜用マスクであって、
前記被成膜基材を均質化したヤング率をＥG 、比重をρG 、前記被成膜基材の前記成膜面に垂直な方向の断面二次モーメントをＩG 、前記被成膜基材の幅をＬG とし、前記成膜用マスクを均質化したヤング率をＥM 、比重をρM 、前記成膜用マスクのマスク面に垂直な方向の断面二次モーメントをＩM 、前記成膜用マスクの幅をＬM としたとき、
(ρG ×ＬG3)／(ＥG ×ＩG )＞(ρM ×ＬM3)／（ＥM ×ＩM ）
を満たすことを特徴とする成膜用マスク。
【請求項３】
前記成膜用マスクのフレームの対向した２辺上の領域を支持するように構成されており、前記フレームが、前記２辺に対して平行に延在する薄肉部または開口部を備えることを特徴とする請求項２記載の成膜用マスク。
【請求項４】
請求項１記載の成膜方法を用いて有機ＥＬ素子を製造することを特徴とする有機ＥＬ素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）素子等を製造するための成膜方法および成膜用マスクに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、有機ＥＬ素子の製造方法では、成膜用マスク（マスク）をガラス基板等の被成膜基材に密着させて成膜する方法が多く採用されている。このようにマスクを密着させたマスク成膜法により、有機ＥＬ層のパターンを精度良く形成することができる。近年、有機ＥＬパネルの高解像化に伴い、パターニングの微細化が進んでいる。そのため、ガラス基板上の画素パターンとマスクのパターンのわずかな幾何学的な位置ずれや、ガラス基板とマスク間の密着不良によって品質が低下してしまう。
【０００３】
特に、ガラス基板とマスクの密着不良は、マスクの僅かなゆがみや自重によるマスク自身のたるみによっても生じてしまうことが知られている。この改善策として、特許文献１に開示されたように、マスクを吸引するためのマグネットを基板の裏側に配置することでマスクと基板を密着させる蒸着方法が知られている。マスクはマグネットに吸引されるために磁性材料を用いている。
【０００４】
さらに、特許文献２では、基板をマスクに力学的に押圧することによって基板とマスクを密着させて蒸着する方法が開示されている。
【特許文献１】特開２００１-３１５５号公報
【特許文献２】特開２００５-２８１７４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の蒸着方法は、マグネットを使用する方法であるために磁性マスクを用いる必要があり、マスク材料に制限が生じてしまう。また、磁力は基板やマスクに対して垂直方向だけでなく水平方向にも生じているので、基板からのマグネットあるいはマスクの脱着時に位置ずれが生じたり、基板上に被着した膜が剥がれてしまうおそれがある。
【０００６】
特許文献２の蒸着方法は、基板を押圧するための装置が必要になるためにコストがかさむうえに、マスクと基板の位置精度を保つために押圧力をマスク毎に一定に制御する必要がある。
【０００７】
また、マスクと基板の密着不良の課題に対しては、マスクのたわみだけでなく、基板自身のたわみも考慮する必要がある。マスクや基板の厚みや剛性によってたわみ量は異なるため、図５の（ａ）に示すように、基板１１０と成膜用マスク１２０が非接触の状態で基板１１０のたわみ量がマスク１２０のたわみ量より小さくなることがある。このような状況では、図５の（ｂ）に示すように基板とマスクを密着させた場合に、基板１１０とマスク１２０の間に両者のたわみ量の差だけ隙間が生じて、密着不良が発生する。
【０００８】
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、パターニング精度が高く、品質の良い有機ＥＬ素子等を製造することのできる成膜方法および成膜用マスク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】
【０００９】
本発明の成膜方法は、成膜用マスクを用いた成膜方法であって、成膜面を下向きにした被成膜基材と成膜用マスクを対向させて支持する工程と、対向させた被成膜基材と成膜用マスクを互に密着させる工程と、密着させた成膜用マスクを介して被成膜基材に膜を成膜する工程と、を有し、互に密着させる前の被成膜基材の自重によるたわみ量が成膜用マスクの自重によるたわみ量より大であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
マグネット等の他の外力を用いることなく、被成膜基材と成膜用マスクとの密着性を向上させて、被成膜基材に配置された画素等との間にパターンずれが少なく、寸法精度のよい有機ＥＬ素子等を製造することが可能となる。
【００１１】
成膜用マスクのフレームに薄肉部や開口部を形成することにより、成膜用マスクに使用する材料を削減し、コストの低減や環境への負担の軽減に貢献できる。また、成膜用マスクの軽量化により、成膜用マスクの搬送装置や取り扱いの負担を軽減することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。
【００１３】
図１は、一実施の形態による成膜方法を用いて有機ＥＬ素子の有機ＥＬ層を蒸着によって成膜する工程を説明するものである。図１の（ａ）に示すように、支持手段１によって被蒸着面（成膜面）を下向きに支持した基板（被成膜基材）１０の下側に、支持手段２によって支持したマスク（成膜用マスク）２０を対向させ、（ｂ）に示すように、基板１０に密着させてマスク蒸着を行う。
【００１４】
基板１０をマスク２０に密着させる前の状態で、自重による基板１０のたわみ量よりもマスク２０のたわみ量のほうが小さくなるように支持し、その状態で密着させると、基板１０とマスク２０を隙間無く密着させることが可能になる。
【００１５】
自重による基板１０やマスク２０のたわみ量を算出するためには、例えば有限要素法による演算処理を用いて計算すればよい。有限要素法による演算処理やその演算処理を利用した解析技術については、公知技術を利用して実現することができる。
【００１６】
このようにして、密着させる前の基板１０とマスク２０のたわみ量を制御することによって、マグネットや押圧のような外力がなくても成膜時の基板１０とマスク２０を隙間無く密着させることが可能になる。
【００１７】
蒸着時と同じ条件で、マスクに対向させて支持した基板のたわみ量が、密着前のマスクのたわみ量よりも大きくなるためには、以下の条件を満たせばよい。すなわち、基板およびマスクを均質化したヤング率をＥG 、ＥM 、比重をρG 、ρM 、基板面（成膜面）およびマスク面に垂直な方向の断面二次モーメントをＩG 、ＩM 、基板およびマスクの幅をＬC 、ＬM としたとき以下の式を満たせばよい。
(ρG ×ＬG3)／（ＥG ×ＩG ）＞（ρM ×ＬM 3 ）／（ＥM ×ＩM ）    ・・（１）
【００１８】
基板１０の表面には画素部や電極が形成されており、マスク２０は、図２に示すように、複数のマスク部２１と、マスク部２１を支持するフレーム２２を有する。基板１０やマスク２０のヤング率、比重などの材料特性は異方性があり、基板１０やマスク２０全体としての材料特性には、公知の構造シミュレーションで得られる均質化した材料特性を当てはめることができる。
【００１９】
ところで、一般的な平板のたわみ量は、平板に加わる重力をＰ、平板を支持する支持点間の距離をＬ、平板のヤング率をＥ、断面二次モーメントをＩとすると、
たわみ量＝（Ｐ×Ｌ3 ）／（α×Ｅ×Ｉ）    ・・・・（２）
で表すことができる。ここでαは平板の固定支持方法によって変わる定数である。いかなる物体においても、物体の質量に対して同等に荷重される重力Ｐは物体の比重に比例するので、基板とマスクのたわみ量を比較する場合は、重力Ｐを比重ρに置き換えることができる。また、蒸着時に基板とマスクを密着させて固定支持する場合は、基板とマスクのαは同じ値とすることができる。よって、基板のたわみ量がマスクのたわみ量より大きくなる条件式は（１）式のようになる。
【００２０】
（１）式を満たすように形成された基板とマスクを用いると、同じ条件で対向させて支持した場合の基板のたわみ量がマスクのたわみ量よりも大きくなり、蒸着時に基板とマスクを密着させることが可能になる。
【００２１】
マスク２０は、前述のように、マスク部２１と、マスク部２１にテンションを加えて支持する厚みＨのフレーム２２から構成される。図２の（ｂ）に示すように、フレーム２２の対向した２辺上の領域で支持手段２によってマスク２０を支持する場合は、マスク２０の幅ＬM は支持した２辺間の距離に相当する。マスク部２１は、マスク蒸着するための複数の蒸気通孔を有する。図２では、複数のマスク部２１を有しているが、マスク蒸着が可能であればこの限りではなく、例えば単一のマスク部のみを有するマスクでもよい。また、マスク部２１は、矩形のものに限らず、いかなる形状でも構わない。
【００２２】
マスク部２１には、銅、ニッケル、ステンレス等の部材を用いることができる。また、ニッケル、ニッケル−コバルト合金、ニッケル−鉄合金であるインバー材、ニッケル−鉄−コバルト合金であるスーパーインバー材等のニッケル合金を用いて電鋳製法でマスク部２１を作製してもよい。特に、インバー材、スーパーインバー材の熱膨張係数は１〜２×１０-6／℃と他の金属に比べて小さいので、蒸着時における熱膨張によるマスク２０の変形を抑えることができる。
【００２３】
フレーム２２は、マスク部２１にテンションを加えた状態で固定支持するために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に十分な厚みと幅を持たせている。特にフレーム２２の最外周の幅を大きくすることが好ましいが、マスク部２１の精度を保つことが可能であればこの限りではない。フレーム２２には、ニッケル−鉄合金であるインバー材やニッケル−鉄−コバルト合金であるスーパーインバー材等の低熱膨張係数の材質を用いることができる。フレーム２２に低熱膨張係数の材質を用いることで、マスク部２１に用いた場合と同様に、熱膨張によるマスクの変形を抑える効果が得られる。
【００２４】
図３に示すように、マスク２０の対向する２辺を支持して蒸着を行う場合は、対向する２辺に対して平行なフレーム部の厚みを残りのフレーム部の厚みよりも小さくした薄肉部２２ａを設けてもよい。
【００２５】
マスク２０の断面二次モーメントＩM はマスク２０の厚みＨの３乗に比例するので、（２）式より、厚みＨを小さくすればたわみ量が大きくなることが明らかである。図３に示すように、マスク２０を対向した２辺で支持する場合、その２辺に対して垂直方向のフレーム部の厚みは断面二次モーメント、つまりマスク２０のたわみ量に大きく影響する。一方、支持する２辺に対して平行なフレーム部の厚みは、マスク２０のたわみへの影響が小さい方向であるので、垂直方向のフレーム部の厚みほどたわみ量に大きく影響しない。従って、厚みを小さくした薄肉部２２ａを設けても、断面二次モーメントＩM への影響は小さく、またフレームの厚みを小さくした分だけマスク２０の比重ρM が小さくなるので、マスク２０のたわみ量をより小さくすることができる。その結果、（１）式の右辺が小さくなり、（１）式を満たす方向に働くので、基板１０とマスク２０を密着させることが可能となる。
【００２６】
フレーム２２の厚みを小さくする領域は特に限定しないが、マスク２０のたわみ量をより小さくすることを目的としているため、好ましくはマスク２０の重心に近い領域がよい。
【００２７】
あるいは、図４に示すように、フレーム２２の２辺を支持して蒸着を行う場合に、支持する２辺に対して平行なフレーム部に開口部２２ｂを形成してもよい。フレーム２２の一部に開口部２２ｂを形成しても、前述したようにマスク２０のたわみへの影響が小さい方向であるので、垂直方向のフレーム部のようにたわみ量に大きく影響しない。すなわち、フレーム２２に開口部２２ｂを形成しても、断面二次モーメントＩM への影響は小さく、またフレーム２２に開口部２２ｂを形成した分だけマスク２０の比重ρM が小さくなるので、マスク２０のたわみ量をより小さくすることが可能になる。その結果、（１）式の右辺が小さくなり、（１）式を満たす方向に働くので、基板１０とマスク２０を密着させることが可能となる。
【００２８】
開口部２２ｂを形成する領域は特に限定しないが、マスク２０のたわみ量をより小さくすることを目的としているため、好ましくはよりマスク２０の重心に近い領域がよい。
【００２９】
なお、支持する２辺に対して平行なフレーム部の厚みを垂直方向のフレーム部の厚みよりも小さくした上で、開口部を設けてもよい。
【００３０】
開口部は単一でも複数でもよく、また、フレームの容積を小さくする目的であれば、開口していない凹部形状でもよいし、開口部と凹部形状の両方が形成されていてもよい。
【００３１】
ここでは、有機ＥＬ層を蒸着するための蒸着用マスクについて説明したが、ＣＶＤによって有機ＥＬ素子の保護膜を成膜するためのマスクについても同様である。
【実施例１】
【００３２】
基板には、４００ｍｍ×５００ｍｍの大きさで０．７ｍｍ厚の無水アルカリガラス基板（ヤング率７×１０10Ｐａ、比重２．５）を用いた。この基板上に定法によって薄膜トランジスタと電極配線、および画素電極がマトリクス状に形成されている。有機ＥＬ層の蒸着用のマスクは、まずインバー材（ヤング率１４．４×１０10Ｐａ、比重８．８５）からなる４００ｍｍ×５００ｍｍの大きさで１ｍｍ厚のフレームの基板側の面に対して、マスク部をパターン精度を調整しながら電鋳製法によって形成した。マスク部は、４０ｍｍ×６０ｍｍの大きさで２０μｍ厚であり、ひとつのマスクに対して６×７個の合計４２個のマトリックス状に配列させた。
【００３３】
この基板の対向する長辺を支持して基板のたわみ量を測定すると、支持した辺から最も下向きにたわんだ基板の領域までのたわみ量は、４．２ｍｍであった。同様に、マスクの対向する長辺を支持してマスクのたわみ量を測定すると、支持した辺から最も下向きにたわんだマスクの領域までのたわみ量は、１．６ｍｍであり、基板のたわみ量のほうがマスクのたわみ量よりも大きい値であった。
【００３４】
有限要素法を用いた公知の構造計算によって、マスクの均質化したヤング率と比重はそれぞれ、１４．０×１０10Ｐａと４．４と求まった。これらの材料特性値をもとに、（１）式の左辺と右辺の比を求めると、約３：１となり、基板とマスクのそれぞれのたわみ量の測定値である、４．２ｍｍと１．６ｍｍの比とほぼ同じになった。
【００３５】
マスクのパターン部の蒸気通孔部と基板上の画素パターンが一致するように位置合わせを行い、基板とマスクの対向する長辺を支持して密着させた。
【００３６】
このように、マスクと基板の密着性を向上させて公知の発光材料を用いて真空蒸着することで、基板上に寸法精度のよい有機ＥＬ層のパターンが形成された有機ＥＬ素子を製造することが可能となり、表示ムラのない有機ＥＬ表示装置を実現することができた。
【実施例２】
【００３７】
マスクの対向した長辺に対して平行なフレーム部の厚みを０．５ｍｍとし、他の領域のフレーム部の厚みを０．７ｍｍとした以外は、実施例１と同様の条件で有機ＥＬ層を蒸着した。
【００３８】
基板の対向する長辺を支持して基板のたわみ量を測定すると、支持した辺から最も下向きにたわんだ領域までのたわみ量は、４．２ｍｍであった。同様に、マスクの対向する長辺を支持してマスクのたわみ量を測定すると、支持した辺から最も下向きにたわんだ領域までのたわみ量は、４．１ｍｍであり、基板のたわみ量のほうがマスクのたわみ量よりも大きい値であった。
【００３９】
マスクのパターン部の蒸気通孔部と基板上の画素パターンが一致するように位置合わせを行い、基板とマスクの対向する長辺を支持して密着させた。
【００４０】
このように、マスクと基板の密着性を向上させて公知の発光材料を用いて真空蒸着することで、基板上に寸法精度のよい有機ＥＬ層のパターンが形成された有機ＥＬ素子を製造することが可能となり、表示ムラのない有機ＥＬ表示装置を実現することができた。
【実施例３】
【００４１】
マスクの対向した長辺に対して平行なフレーム部の厚みを０．５ｍｍとし、１ｍｍ×３０ｍｍの開口部をマスクの重心に近いフレーム内に合計１２箇所設け、他の領域のフレーム部の厚みを０．７ｍｍとした以外は、実施例１と同様の条件で有機ＥＬ層を蒸着した。
【００４２】
基板の対向する長辺を支持して基板のたわみ量を測定すると、支持した辺から最も下向きにたわんだ領域までのたわみ量は、４．２ｍｍであった。同様に、このマスクの対向する長辺を支持してマスクのたわみ量を測定すると、支持した辺から最も下向きにたわんだ領域までのたわみ量は、４．０ｍｍであり、基板のたわみ量のほうがマスクのたわみ量よりも大きい値であった。
【００４３】
マスクのパターン部の蒸気通孔部と基板上の画素パターンが一致するように位置合わせを行い、基板とマスクの対向する長辺を支持して密着させた。
【００４４】
このように、マスクと基板の密着性を向上させて公知の発光材料を用いて真空蒸着することで、基板上に寸法精度のよい有機ＥＬ層のパターンが形成された有機ＥＬ素子を製造することが可能となり、表示ムラのない有機ＥＬ表示装置を実現することができた。
【００４５】
（比較例）
蒸着用のマスクのフレーム全体の厚みを０．５ｍｍとした以外は実施例１と同様の条件で有機ＥＬ層を蒸着した。
【００４６】
基板の対向する長辺を支持して基板のたわみ量を測定すると、支持した辺から最も下向きにたわんだ領域までのたわみ量は、４．２ｍｍであった。同様に、マスクの対向する長辺を支持してマスクのたわみ量を測定すると、支持した辺から最も下向きにたわんだ領域までのたわみ量は、１１．５ｍｍであり、基板のたわみ量のほうがマスクのたわみ量よりも小さい値であった。
【００４７】
マスクのパターン部の蒸気通孔部と基板上の画素パターンが一致するように位置合わせを行い、基板とマスクの対向する長辺を支持して密着させた。
【００４８】
この蒸着方法では、基板のたわみ量よりもマスクのたわみ量のほうが大きくて、マスクと基板を厳密に隙間無く密着させることが困難であった。公知の発光材料を用いて真空蒸着すると、基板上に形成された有機ＥＬ層のパターンにずれが生じ、得られた有機ＥＬ素子に表示ムラが生じた。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明の成膜方法および成膜用マスクは、基板やマスクのたわみが問題になる蒸着プロセスやＣＶＤプロセス等でマスクを用いる成膜工程で幅広く適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】一実施の形態による成膜方法を説明する工程図である。
【図２】マスクの構成を示すもので、（ａ）はその斜視図、（ｂ）は平面図である。
【図３】実施例１および実施例２によるマスクを示す平面図である。
【図４】実施例３によるマスクを示す平面図である。
【図５】従来例を説明する工程図である。
【符号の説明】
【００５１】
１、２    支持手段
１０    基板
２０    マスク
２１    マスク部
２２    フレーム
２２ａ    薄肉部
２２ｂ    開口部
【図１】
2007224396.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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