JP2004323888A - Vapor deposition mask and vapor deposition method - Google Patents

Vapor deposition mask and vapor deposition method Download PDF

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JP2004323888A
JP2004323888A JP2003118014A JP2003118014A JP2004323888A JP 2004323888 A JP2004323888 A JP 2004323888A JP 2003118014 A JP2003118014 A JP 2003118014A JP 2003118014 A JP2003118014 A JP 2003118014A JP 2004323888 A JP2004323888 A JP 2004323888A
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metal mask
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metal
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Hisatoshi Ito
久敏 伊藤
Terunao Tsuchiya
輝直 土屋
Kiichi Shimomura
貴一 下村
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Dai Nippon Printing Co Ltd
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Dai Nippon Printing Co Ltd
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    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K71/00—Manufacture or treatment specially adapted for the organic devices covered by this subclass
    • H10K71/10—Deposition of organic active material
    • H10K71/16—Deposition of organic active material using physical vapour deposition [PVD], e.g. vacuum deposition or sputtering
    • H10K71/166—Deposition of organic active material using physical vapour deposition [PVD], e.g. vacuum deposition or sputtering using selective deposition, e.g. using a mask

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a vapor deposition mask which does not require severe temperature management during manufacture or storage and can well maintain the positional accuracy of mask parts even during vapor deposition with a structure obtained by fixing a metal mask for multiface layout provided with a plurality of the mask parts to a frame. <P>SOLUTION: The structure obtained by fixing a peripheral edge portion of the metal mask 12 provided with the plurality of the mask parts 15 in the state of flatly pulling the metal mask to the frame 13 having high rigidity is formed, by which the patterns of the mask parts are held at the desired patterns. In addition, the metal mask and the frame are both formed of an Invar material having a small coefficient of thermal expansion, by which the deflection of the metal mask is averted in spite of a temperature change. Further, the degradation in the positional accuracy in the mask parts is suppressed and the vapor deposition good in the positional accuracy is made possible even if the coefficient of thermal expansion of the metal mask is made smaller in spite of the temperature rise during the vapor deposition. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【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）[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to, for example, a vapor deposition mask used in a vapor deposition step in the production of an organic EL device, and a method for vapor deposition of an organic EL device material using the vapor deposition mask.
[0002]
[Prior art]
[Patent Document 1] Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-68453 [Patent Document 2] Japanese Utility Model Registration No. 3082805 Conventionally, in the production of an organic EL device, vacuum deposition is performed to form an organic layer or a cathode electrode of the organic EL device. In addition, a thin metal plate having a mask portion provided with a large number of slits is used as the evaporation mask. In vapor deposition, the vapor deposition mask was attached to a frame (frame) having an opening larger than the mask portion by a magnet or the like. However, in recent years, as the patterning has become finer and the slits formed in the mask portion have become finer and the thickness of the vapor deposition mask itself has become thinner, the vapor deposition mask is simply fixed to the frame using a magnet or the like. In this case, the mask portion is distorted or sagged, and the slit accuracy cannot be maintained. In view of this, the present applicant has previously developed a jig for holding a deposition mask capable of holding the deposition mask in a state of being pulled in the slit direction of the mask portion with the deposition mask attached to the frame (Patent Reference 1). When this holding jig is used, it is possible to hold the thin line portion constituting the slit of the mask portion in a state where it is pulled in the longitudinal direction, so that the slit can be held linearly and at a constant pitch, and high definition patterning is possible. Is obtained.
[0003]
It is also known to use a mask body having a large number of small-diameter passage holes in place of the large number of slits as described above as an evaporation mask used for manufacturing an organic EL element. Has been described. The vapor deposition mask described in Patent Literature 2 has a mask body in which a large number of through holes are formed in a pattern formation region, fixed to a frame formed of a material having a thermal expansion coefficient equivalent to that of a substrate to be vapor-deposited. With this configuration, the mask body can follow the expansion and contraction of the frame, and the accuracy of the alignment between the evaporation mask and the substrate to be evaporated at room temperature can be maintained even when the temperature is raised during evaporation. This has the effect of preventing the accuracy of the passing hole from being impaired.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, the vapor deposition mask described in Patent Literature 1 has a problem that productivity is poor because only one mask portion is formed on one vapor deposition mask. Therefore, as a result of studying to increase the productivity, the present applicant has found that, as shown in FIG. 4, a multi-layered structure having a structure in which a plurality of mask portions 2 each having a large number of slits are formed on a single thin metal plate. Focusing on using the metal mask 1, the four sides of the metal mask 1 are pulled as indicated by arrows, and the tension of each part is adjusted, so that the slit of each mask portion of the metal mask 1 is distorted or sagged. A configuration in which each of the mask portions is held at a desired dimensional accuracy position while the peripheral portions of the four sides of the metal mask 1 are fixed to a highly rigid frame 4 (see FIG. 5) by spot welding or the like. Has been developed. In the vapor deposition mask 5 having this configuration, since the frame 4 holds the metal mask 1 in a state where the metal mask 1 is pulled flat, the mask portion 2 can be held in a predetermined pattern. This has the advantage that vapor deposition can be performed. Here, in order to arrange the slits of each mask portion of the metal mask 1 in a state where there is no distortion or slack, a tension of about 0.1 to 10 kgf per 1 cm side of the metal mask 1 is applied. Therefore, the frame 4 must have a rigidity to withstand the tension, and a metal material having a thickness of about 2 to 30 mm (usually, stainless steel such as SUS304) is used. As the metal mask 1, a 42 alloy, which is often used for a conventional metal mask, was used.
[0005]
However, it has been found that this vapor deposition mask 5 also has a point to be further improved. That is, in the vapor deposition mask 5 developed earlier, the metal mask 1 and the frame 4 have different coefficients of thermal expansion (42 alloy: 4.5 to 6.5 × 10 −6 / K, SUS304: 17.3 × 10 −). 6 / K), there is a problem that the metal mask bends or the position of the mask portion is deviated depending on a temperature change after the metal mask 1 is fixed to the frame 4. For example, if the temperature at which the metal mask 1 is fixed to the frame 4 is 25 ° C., the size of the frame 4 is smaller than that of the metal mask 1 in a 20 ° C. environment because the heat shrinkage is larger than that of the metal mask 1. Even if the metal mask 1 is fixed to the frame 4 by applying tension, the metal mask 1 is bent, and the slits in the mask portion are distorted or the positional accuracy of the slits is deviated. Once the deflection occurs, the slit of the mask portion 2 of the metal mask 1 does not always return to the original state even if the vapor deposition mask 5 is again placed in an environment of 25 ° C. or more and the frame 4 is thermally expanded. In addition, it is not always possible to eliminate a decrease in the positional accuracy of the slit. In order to prevent this, very severe temperature control must be performed when the metal mask 1 is fixed to the frame 4 and temperature control must be performed during subsequent storage, which increases the manufacturing cost. Also, when the evaporation mask is set in the evaporation machine and subjected to evaporation, the atmosphere temperature is high, so that the frame 4 thermally expands and pulls the metal mask 1, and as a result, each mask portion formed on the metal mask 1 is formed. 2 is shifted, and the position shift is particularly large in the mask portion 2 located near the peripheral edge. For example, in the case of a multi-face mask for vapor deposition used for manufacturing an organic EL element, accuracy of ± 10 μm or less may be required for the position of each mask portion, but when the frame is formed of stainless steel, such dimensional accuracy is required. Is difficult to achieve. Patent Document 2 described above discloses a technique in which a frame is formed from a material having a thermal expansion coefficient equivalent to that of a substrate to be deposited, and the substrate to be deposited is generally a glass substrate and has a coefficient of thermal expansion of 3 Since it is as small as about 5 × 10 −6 / K, this technique may be applied to the vapor deposition mask 5 shown in FIG. 5 to form the frame 4 with a material having a low coefficient of thermal expansion. When the vapor deposition mask 5 is set in a vapor deposition machine to perform vapor deposition, when the vapor deposition mask 5 is placed in a high-temperature atmosphere and thermally expanded, the 42-alloy metal mask 1 thermally expands more than the frame 4. As a result, the metal mask 4 is bent, and the slits of the mask portion 2 are distorted or the positional accuracy of the slits is deviated.
[0006]
The present invention has been made in view of such a situation. After the metal mask is fixed to the frame, the metal mask does not bend even if the temperature environment changes, and the metal mask does not bend even during vapor deposition. It is an object of the present invention to provide a deposition mask capable of preventing the occurrence of a mask portion and maintaining good positional accuracy of the mask portion.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, a vapor deposition mask according to the present invention includes a metal mask made of a thin metal plate having a plurality of mask portions, and a peripheral portion of the metal mask fixed to hold the metal mask stretched. In addition to the configuration having a supported rigid frame having a large rigidity, the metal mask and the frame are both formed of Invar material. Since both the metal mask and the frame are formed of the invar material, there is almost no difference in thermal expansion and thermal contraction between the two, and after the metal mask is fixed to the frame, the metal mask bends even if the temperature environment changes. Therefore, severe temperature control does not have to be performed when the metal mask is fixed to the frame and when the metal mask is stored thereafter, whereby the cost can be reduced. Also, even if the temperature of the deposition mask rises during deposition, the metal mask does not bend and the thermal expansion coefficient of the invar material is extremely small, so the thermal expansion of the metal mask is small. Can be suppressed, and a predetermined pattern can be deposited with high positional accuracy.
[0008]
Here, it is preferable that each of the plurality of mask portions formed on the metal mask has a structure including a number of parallel slits, and the slits of all the mask portions are arranged in the same direction. With this configuration, by applying tension in the vertical and horizontal directions to the metal mask, the metal mask can be maintained in a state where there is no distortion or bending, and a state in which the thin line portions forming the slits of the mask portion are aligned in the longitudinal direction. The advantage is that even very fine slits can be held linearly and at a constant pitch, and high-definition patterning is possible.
[0009]
Although the vapor deposition mask of the present invention can be used for arbitrary vapor deposition, it is particularly preferably used for vapor deposition of an organic layer or a cathode electrode of an organic EL element requiring high-definition patterning. By depositing an organic layer or a cathode electrode of an EL element, an organic layer or a cathode electrode having a high definition pattern can be formed with high quality and high productivity.
[0010]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described using a multi-faced deposition mask in the manufacture of an organic EL device as an example. FIG. 1 is a schematic perspective view of a vapor deposition mask according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a schematic perspective view showing components constituting the vapor deposition mask before assembly. In FIGS. 1 and 2, a vapor deposition mask indicated by reference numeral 11 is a metal frame 12 and a frame 13 having high rigidity which fixedly supports a peripheral portion of the metal mask 12 so as to hold the metal mask 12 in a stretched state. It has. The metal mask 12 is formed by arranging a plurality of mask portions 15 formed by arranging a large number of fine slits in parallel, and arranging the mask portions 15 in all directions in the same direction. The thickness of the metal mask 12, the size of the mask portion 15, the size of the slit formed therein, and the like are not particularly limited, but as a typical example, the thickness of the metal mask 12 is 30 to 200 μm, Examples of the dimensions include a length of 50 to 70 mm, a width of 30 to 50 mm, a width of the slit of 50 to 100 μm, and a width of a thin metal wire constituting the slit of 100 to 150 μm. The frame 13 is a frame having an opening 17 having a size including a region where a large number of mask portions 15 of the metal mask 12 are formed. This frame 13 prevents the metal mask 12 from warping or sagging due to the tension of the metal mask 12 even after fixing the peripheral portion of the metal mask 12 in a tensioned state. The metal mask 12 is provided with a large rigidity so that the metal mask 12 can be always kept flat even when it is attached to a vapor deposition machine or during handling such as a vapor deposition operation. Have sufficient thickness and width. For example, the thickness of the frame 13 can be about 2 mm to 30 mm, and the width (the distance between the inner peripheral surface of the opening 17 and the outer peripheral surface of the frame) can be about 5 mm to 50 mm. The method of fixing the peripheral portion of the metal mask 12 to the frame 13 is not particularly limited, but laser welding, an adhesive, screwing, and the like can be exemplified. In this embodiment, laser spot welding is used. In the figure, reference numeral 20 denotes a spot weld.
[0011]
Invar is used as a material of the metal mask 12 and the frame 13 constituting the vapor deposition mask 11. The invar material used here may be a material having a standard composition of Fe-36% Ni, a material in which a part of Ni of the standard composition is replaced by Co, or a material in which a small amount of Mn is added. These invar materials show a very low coefficient of thermal expansion. For example, in the case of the standard composition of Fe-36% Ni, the coefficient of thermal expansion is about 1.2 × 10 −6 / K, In the case where a part of Ni is replaced with Co or a small amount of Mn is added, the coefficient of thermal expansion is about 0.1 × 10 −6 / K.
[0012]
As can be clearly understood from FIG. 2, the metal mask 12 before being attached to the frame 13 is made larger in both the vertical and horizontal directions than the frame 13, and when attached to the frame 13, the outer peripheral portion of the metal mask 12 is clamped and pulled. Thus, a desired tension can be applied to the metal mask 12. Further, an easy-cutting line 19 such as a perforation or a groove which can be easily cut by bending is formed at a position of the metal mask 12 substantially corresponding to the outer peripheral edge of the frame 13. The easy-cutting line 19 has a strength that can withstand the tensile force applied to the metal mask 12.
[0013]
Next, a method for manufacturing the evaporation mask 11 will be described. First, the metal mask 12 and the frame 13 shown in FIG. 2 are created. The metal mask 12 is formed by forming a mask portion 15 and an easy-cutting line 19 on a thin plate of Invar material by means of etching or the like. The frame 13 is created by machining an Invar material.
[0014]
Next, the metal mask 12 is placed on the frame 13, and as shown in FIG. 3, each of the four sides of the metal mask 12 is gripped by a plurality of clamps 23, and an air cylinder connected to each clamp 23 is provided. The clamps 23 are pulled in the vertical and horizontal directions as indicated by arrows, and a tensile force is applied to the metal mask 12. Here, the plurality of clamps 23 provided on the four sides of the metal mask 12 are arranged in accordance with the row of the mask portions 15 and the region without the mask portions. It is possible to pull the area where the metal mask 12 is formed and the area without the mask portion with separate clamps 23, thereby pulling the areas of the metal mask 12 having different rigidities with the separate clamps 23 to adjust the tension. Can be. When the metal mask 12 on which the plurality of mask portions 15 are formed is pulled in the slit direction of the mask portion 15 so as to align the slits in parallel, usually, both ends of the metal mask 12 are each clamped by one long clamp. It is considered that the metal mask 12 should be gripped and pulled. However, when the metal mask 12 is extremely thin and the slit is delicate, simply holding and pulling both ends of the metal mask 12 with one long clamp, respectively, requires a mask. Distortion and sag occur in the boundary region of the part. Therefore, in order to avoid the problem, in this embodiment, as shown in FIG. 3, each side of the metal mask 12 is gripped by a plurality of clamps 23 and pulled. Then, in a state where each side of the metal mask 12 is gripped and pulled by the plurality of clamps 23, the surface state of the metal mask 12 is visually inspected, and if there is distortion or slack, the area is added to the pulling clamp 23. The tensile force is adjusted to adjust the metal mask 12 so that the metal mask 12 is in a flat state with no distortion or slack and the slits of the mask section 15 are aligned in parallel. In addition, the position of each mask portion 15 formed on the metal mask 12 is inspected, and the tensile force of each clamp 23 is adjusted so that each mask portion enters a position within a predetermined dimensional accuracy. As described above, the metal mask 12 can be set in a state where there is no distortion or slack and each mask portion 15 is located within a predetermined dimensional accuracy range. Thereafter, in this state, the periphery of the metal mask 12 is spot-welded to the frame 13 using laser light (see reference numeral 20) and fixed. Thereafter, the clamp 23 is removed, and an unnecessary portion of the peripheral edge of the metal mask 12 is removed by using the easy cutting line 19. Thus, as shown in FIG. 1, the vapor deposition mask 11 having the structure in which the metal mask 12 is fixed to the frame 13 is manufactured.
[0015]
In the obtained vapor deposition mask 11, the metal mask 12 is kept in a state where there is no distortion or slack, and the slits of the mask portion 15 are exactly aligned in parallel, and the position of each mask portion 15 is also a predetermined size. It is kept within accuracy. Thereafter, a predetermined vapor deposition operation is performed using the vapor deposition mask 11. That is, a substrate to be vapor-deposited is attached to the vapor-deposition mask 11, set in a vapor deposition machine, and vapor deposition of an organic layer of an organic EL element or a cathode electrode is performed. By the way, after the vapor deposition mask 11 is manufactured and before it is used, the vapor deposition mask 11 is often placed in a temperature environment different from that at the time of manufacture, but as described above, the metal mask 12 and Since both frames 13 are formed of Invar material, there is almost no difference in thermal expansion and thermal contraction between the two, and the thermal expansion and thermal contraction thereof are extremely small. Therefore, the metal mask 12 does not bend. Therefore, it is not necessary to control the temperature at the time of fixing the metal mask 12 to the frame 13 and the temperature at the time of storage thereafter. Further, at the time of vapor deposition, since the vapor deposition mask 11 is placed in a high-temperature atmosphere, the temperature of the vapor deposition mask 11 rises, and both the frame 13 and the metal mask 12 thermally expand. However, the invar material forming the metal mask 12 and the frame 13 has a very low coefficient of thermal expansion, which is one-hundredth or one-tenth of the material used in the conventional frame and metal mask. For this reason, even if the temperature of the evaporation mask 11 rises during evaporation, the metal mask 12 does not bend and the thermal expansion of the metal mask 12 is small. is there. Therefore, a fine pattern can be deposited with high positional accuracy, and a high-quality organic layer or a cathode electrode can be formed.
[0016]
In the above-described embodiment, when the metal mask 12 is fixed to the frame 13, the four sides of the metal mask 12 are respectively provided corresponding to the region corresponding to the mask portion 15 and the region without the mask portion. However, the means for pulling the metal mask 12 is not limited to this configuration. The metal mask 12 is pulled in a flat state without distortion or deflection, and the slits of the mask portion are aligned in parallel. If possible, it can be changed as appropriate. For example, the number of the plurality of clamps provided on each side of the metal mask 12 and the width of the clamps may be changed, or each corner of the metal mask 12 may be pulled diagonally.
[0017]
【The invention's effect】
As described above, the vapor deposition mask of the present invention is configured such that a metal mask having a plurality of mask portions is fixedly supported on a frame while being kept flat by applying tension, and both the metal mask and the frame are made of Invar material. Since the metal mask is fixed to the frame, the metal mask does not bend due to the subsequent temperature environment without severe temperature control when fixing the metal mask to the frame. It can be held in a pattern, and the thermal expansion of the metal mask is small even if the temperature rises during vapor deposition, so that a decrease in the positional accuracy of the mask portion can be suppressed, and vapor deposition with good positional accuracy in the desired pattern can be performed by multiple surface mounting. This has the effect that it can be performed with high productivity. Then, by using this vapor deposition mask for vapor deposition of an organic layer or a cathode electrode of an organic EL element, an effect that an organic layer or a cathode electrode having a high definition pattern can be formed with high productivity can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic perspective view of a vapor deposition mask according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a schematic perspective view showing a metal mask and a frame used for manufacturing the vapor deposition mask shown in FIG. 1. FIG. FIG. 4 is a schematic plan view showing a state in which tension is applied to the metal mask when fixing the metal mask. FIG. 4 is a schematic plan view showing a multi-faced metal mask. FIG. 5 is a schematic perspective view of a previously developed vapor deposition mask.
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Evaporation mask 12 Metal mask 13 Frame 15 Mask part 17 Opening 19 Easy cutting line 20 Spot welding part 23 Clamp 24 Drive means (air cylinder)

Claims (3)

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。A metal mask made of a thin metal plate provided with a plurality of mask portions, and a highly rigid frame fixedly supporting a peripheral portion of the metal mask so as to hold the metal mask stretched, wherein the metal mask and the frame are A vapor deposition mask characterized in that both are formed of Invar material. 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。2. The method according to claim 1, wherein each of the plurality of mask portions formed on the metal mask has a plurality of parallel slits, and the slits of all the mask portions are arranged in the same direction. Evaporation mask. 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。A method for vapor-depositing an organic EL device material, comprising vapor-depositing an organic layer or a cathode electrode of an organic EL device using the vapor deposition mask according to claim 1.
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