JP2005105328A - Method for manufacturing mask structure, mask structure and vapor deposition apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
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。 The present invention relates to a method for manufacturing a mask structure, a mask structure, and a vapor deposition apparatus for use in an organic EL device, particularly an organic EL device manufacturing apparatus such as a high-definition color display using a low molecular light emitting material.
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。 When manufacturing a display using an organic EL element, a step of forming a metal electrode and a transparent electrode, a step of forming a TFT in the case of an active matrix method, and further, an electron transport layer, a light emitting layer, a hole transport layer, etc. A step of forming an organic thin film layer is required. In the organic layer deposition process, the film deposition method differs depending on whether the material is a low-molecular or high-molecular material. In general, a dry process represented by vacuum deposition is used for a low-molecular material, and a spin process is used for a high-molecular material. A wet process typified by a coat is used.
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。 In a color display, since the light emitting materials are different for the three primary colors of light, it is required to form films independently for the three primary colors. In order to form the three primary colors independently, the low molecular weight system is manufactured by using a metal mask from which the deposited portion has been lost during deposition and using mask deposition in which only the missing portion is deposited. For polymer systems, a method of printing the three primary colors by inkjet printing is used.
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。 When vapor-depositing a low molecular weight EL material using a mask, high accuracy is required for the mask because each of the three primary colors is pattern-deposited correctly. For example, in the case of a pixel pitch of 127 pixels per inch, the size of one pixel is 200 × 200 micrometers, and it is necessary to accurately deposit pixels of 200 × 67 micrometers for each of the three primary colors. If the mask temperature rises and the position of the mask shifts due to thermal expansion, pixels cannot be deposited correctly. For example, assuming that the size of the mask is 400 × 400 millimeters, the linear expansion coefficient of the mask is 1.3 × 10 −5 / degree, and the temperature rise is 10 degrees, the thermal expansion causes a positional shift of 52 micrometers. .
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。
従来の技術によれば、以下のような未解決の課題がある。 According to the prior art, there are the following unsolved problems.
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。 The first problem is that the thickness of a metal mask or the like is generally as thin as several tens of micrometers. Therefore, after the metal mask is formed by a technique such as etching or plating, the metal mask is peeled off from the base material of the metal mask. However, there is a concern that the pattern accuracy is lowered due to plastic deformation.
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。 The second problem is that it is very difficult to fix the single metal mask peeled off from the base material to the frame by applying tension while maintaining accuracy, and this causes new problems such as an increase in manufacturing cost. .
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。 The present invention has been made in view of the above-mentioned unsolved problems of the prior art, and the metal mask can be easily peeled off from the base material without sacrificing the pattern accuracy of the metal mask. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a mask structure, a mask structure, and a vapor deposition apparatus, in which it is extremely easy to fix the metal mask to the frame.
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。 In order to achieve the above object, a method for manufacturing a mask structure according to the present invention is a method for manufacturing a mask structure including a metal mask and a frame that supports the metal mask, and a base material having a larger coefficient of thermal expansion than the frame. And a step of heating the manufactured metal mask and the base material and the frame to a predetermined temperature, and bonding and fixing the metal mask and the frame in a heated state. A tension is generated in the metal mask fixed to the frame by a difference in thermal expansion between the base material and the frame in the state.
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。 It is preferable to have a step of cutting the metal mask along the outer periphery of the frame and peeling the base material together with the outer peripheral portion of the metal mask by a deforming external force acting on the outside of the cut.
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。 The mask structure of the present invention has a metal mask formed on a base material and a frame that supports the metal mask, and heats the metal mask together with the base material and the frame, A mask structure in which the base material is peeled and removed after bonding to the frame, wherein the base material is made of a material having a larger coefficient of thermal expansion than the frame, and the base material and the frame in the temperature rising state The metal mask is fixed to the frame in a state in which a tension based on a difference in thermal expansion is applied.
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。 The vapor deposition apparatus of the present invention includes the above mask structure, substrate holding means for holding a substrate so as to face the mask structure, and a vapor deposition source that generates an evaporation substance toward the mask structure and the substrate. It is provided with.
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。 For example, in a vapor deposition apparatus used for manufacturing an organic EL display configured by arranging a plurality of organic EL element pixels, a metal mask used for dividing a light emitting pixel is manufactured on a metal base material by electrolytic plating, Bond and fix to a frame with a smaller coefficient of thermal expansion than the material. At this time, the base material having the metal mask and the frame are heated, and the metal mask and the frame are bonded to each other in a heated state.
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。 When the temperature returns to room temperature after bonding, the metal mask fixed to the frame is in a state of being tensioned by the difference in thermal expansion between the base material and the frame.
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。 After bonding and fixing the metal mask to the frame in this way, an external force is applied to the outside of the notch formed in the metal mask on the base material in advance to deform the base material and peel it from the metal mask.
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。 The base material may have a thickness of about 1 millimeter or less so that it can be easily deformed out of plane by an external force.
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。 In order to maintain the flatness during deposition, the work of fixing the metal mask in the initial state to the frame by applying tension is simple and effective using the difference in the thermal expansion coefficient between the base material and the frame in the heat bonding process. Therefore, as compared with a case where tension is directly applied to the metal mask by an external force, the operation is simple and there is no fear of damaging the metal mask, and therefore the manufacturing cost of the mask structure can be greatly reduced.
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。 In addition, the work of peeling the base material from the metal mask is also performed using the notch provided in the metal mask, so that troubles such as deformation of the metal mask during the base material peeling process can be avoided, and Mask pattern accuracy can be improved.
本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
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。
FIG. 1 schematically shows a vapor deposition apparatus for manufacturing an organic EL device using a mask structure according to an embodiment. The vapor deposition source 11, a heater 12, and a substrate W are held in a chamber 10 (not shown). A substrate holder as a substrate holding means, a mask holder (not shown) that supports a mask structure including a
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。
Next, the organic layer vapor deposition process of an organic EL element is demonstrated using FIG. A
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。 FIG. 2 is a graph showing temperature changes of the metal mask, the substrate, and the frame during the vapor deposition process. When the shutter is closed, the temperatures of the metal mask, the substrate, and the frame are equal and constant. When the shutter is opened, the temperature of the metal mask begins to rise. The temperature of the substrate also rises but is smaller than that of the metal mask. The flame temperature hardly rises. When the shutter is closed again, the temperature returns to the initial state.
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。 As can be seen from the graph of FIG. 2, the temperature of the metal mask rises while the shutter is open, so that the metal mask thermally expands. In order to prevent the metal mask from sagging due to this thermal expansion, a tension that does not sag at the highest temperature that can be assumed during vapor deposition is applied to the metal mask in the initial state. That is, the metal mask is fixed to the frame in a tensioned state.
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。
Next, a method for fixing the metal mask to the frame by applying this tension will be described. FIG. 3 is a flowchart showing the steps from creation of the metal mask to fixing it to the frame. In
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。
In step 9, the metal mask material layer and the frame are bonded while maintaining the temperature. After the adhesive is cured and cooled, in step 10, the base material is peeled off from the metal mask. When cooled to room temperature, the metal mask is in tension due to the difference in coefficient of thermal expansion between the base material of the metal mask and the frame. At this time, it is necessary to set the temperature to be heated in
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。
FIG. 4A shows a cross section of the mask structure after the resist is removed. A metal
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。
If necessary, as shown in FIG. 4B, a
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。
Next, as shown in FIG. 5, the
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。
FIG. 6 is a plan view of the
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。
FIG. 7 illustrates a process of peeling the
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。 According to the present embodiment, a metal mask formed on a metal base material using electrolytic plating is bonded to the frame in a state of being thermally expanded together with the base material, and is peeled off from the base material after curing and cooling. In this state, a mask with high flatness can be easily manufactured by applying tension to the metal mask. By using such a mask structure, the shape accuracy of the mask pattern can be maintained with high flatness even during film formation, and it becomes possible to manufacture a color organic EL display having a large screen and higher definition.
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。 The mask structure according to the present invention is not limited to a mask for manufacturing an organic EL element, but can also be used as a mask for forming other fine patterns such as a semiconductor device.
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
DESCRIPTION OF
Claims (4)
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。 A method of manufacturing a mask structure including a metal mask and a frame that supports the metal mask,
Manufacturing a metal mask on a base material having a larger coefficient of thermal expansion than the frame;
Heating the manufactured metal mask and the base material and the frame to a predetermined temperature, and bonding and fixing the metal mask and the frame in a heated state,
A method of manufacturing a mask structure, comprising: generating tension on a metal mask fixed to a frame based on a difference in thermal expansion between a base material and a frame in a temperature rising state.
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