JP2005310472A

JP2005310472A - 真空蒸着用マスクおよび真空蒸着装置および真空蒸着方法

Info

Publication number: JP2005310472A
Application number: JP2004124088A
Authority: JP
Inventors: Takashi Moriyama; 孝志森山
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2004-04-20
Filing date: 2004-04-20
Publication date: 2005-11-04

Abstract

【課題】有機ＥＬディスプレイのパターニング工程において、一定のアライメント精度を確保しつつ、蒸着マスクの歪みや撓みの影響を抑えて、蒸着マスクと基板との密着性を向上させる。
【解決手段】磁性材料で形成された薄板上の真空蒸着マスクであって、マスクホルダーへの保持領域、開口部を有する成膜領域、マスクの歪みを緩和する領域からなることを特徴とする、真空蒸着用マスク及び真空成膜装置。
【選択図】図５

Description

本発明は、光源やディスプレイ等に使用される有機発光素子（有機エレクトロルミネッセンス素子、あるいは有機ＥＬ素子とも言う）の製造工程とくに真空蒸着工程に関する。

近年、液晶ディスプレイに代わるフラットパネルディスプレイデバイスとして自発光型デバイスが注目されている。自発光型デバイスを用いたディスプレイは液晶ディスプレイのようにバックライト光源を必要としない、応答性が速い、視野角依存性が小さいなどの特徴がある。自発光型デバイスとしては、プラズマ発光素子、フィールドエミッション素子、エレクトロルミネッセンス素子等がある。

このうち、エレクトロルミネッセンス素子（以下、「ＥＬ素子」と記す）は無機ＥＬ素子と有機ＥＬ素子に大別されるが、最近とくにディスプレイとして脚光を浴びているのは、低消費電力の有機ＥＬ素子である。

有機ELディスプレイは無機ELディスプレイに比べて大面積化が容易であることや、各種新材料の開発によって所望の発色が得られること、高速応答であること、また低電圧で駆動可能であるなどの利点により、材料開発を含めて、デバイス化のための応用研究が精力的に行われている。

有機ＥＬ素子は、発光層に到達した電子と正孔が再結合する際に生じる発光を利用した、キャリア注入型の自発光デバイスである。図１に、一般的な有機ＥＬ素子の断面構成を模式的に示す。

図１(a)の発光層には、電子輸送性と発光特性を有するアルミキノリノール錯体、代表例としては、（化１）に示すＡｌｑ_３などが用いられる。またホール輸送層には，例えばトリフェニルジアミン誘導体、代表例としては（化２）に示すα−ＮＰＤなど、電子供与性を有する材料が用いられる。また、電子輸送層、発光層、ホール輸送層の3層からなる（ｂ）の構成もよく用いられる。図１は基板側の電極が透明であり、有機層上の電極が反射性となっており、ＥＬ素子からの発光を基板の下側から取り出す構成となっているが、電極を上下逆にして、発光を基板の上側へ取り出す構成としてもよい。また、発光層は単一の材料で形成される場合もあるが、多くの場合ホスト材料の中に発光効率の高い色素をドーピングする色素ドーピングがよく用いられている。

有機ＥＬ素子と素子を駆動するための駆動手段を備えた有機ELディスプレイとしては、図２（駆動手段は図示しない）に示すような構成でXYマトリクス型としても良く、また図３に示すようなアクティブマトリクス型としても良い。

図２においては、２１はガラス基板（基体）、２２はＩＴＯ電極、２３は少なくとも発光層を含む有機化合物層、２４は陰極を指し、陰極２４は通常、金属で構成される。

ライン状に形成されたＩＴＯ電極２２と、陰極２４とを、夫々走査線、情報線のいずれかとして周知の単純マトリクス型表示装置用の駆動手段に接続することで、表示装置として使用できる。

ディスプレイとしての実用性を考えた場合、十分な発光輝度とその発光が長期の試用期間にわたって安定に保たれる耐久特性を備えていなければならない。

現状の有機ＥＬ素子の発光効率や耐久特性から考えて、アクティブ方式がより高性能なディスプレイが実現できると考えられている。

図３はアクティブ素子として薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を用いたアクティブマトリックス型の表示装置の平面模式図である。

有機発光素子が配列された表示部分の周辺には、走査信号ドライバー３２や電流供給源３３からなる駆動回路と、情報信号ドライバー３４である表示信号入力手段（これらを駆動手段と呼ぶ）が配置され、それぞれゲート走査線３５とよばれるＸ方向配線、情報信号線３７と呼ばれるＹ方向配線、及び電流供給線３６に接続される。

走査信号ドライバー３２は、ゲート走査線３５を順次選択し、これに同期して情報信号ドライバー３４から画像信号が印加される。ゲート走査線３５と情報信号線３７の交点には表示用画素3１が配置される。

上記の有機ELディスプレイにおいて各画素の発色をRGBの三原色とすることでフルカラー化が達成される。現在、有機ELディスプレイのパネル製造工程において、フルカラー化を実現するための周辺技術の開発が行われており,代表的には、（１）シャドウマスク（蒸着マスク）を用いてRGB各発光画素を選択的に真空蒸着成膜する。（低分子EL材料）（２）RGB各発光画素をインクジェット方式で塗り分ける。（主にポリマーEL材料）（３）B発光素子からの発光を利用して色変換法によりR,G発光を得るなどの方法がある。現状の有機EL素子のデバイス特性から、比較的に実用化に近いと考えられるのは、（１）の低分子EL材料を用いた真空蒸着によるパターニングプロセスである。

図４は、蒸着マスクを用いた真空蒸着による有機ELディスプレイのパターニング工程の一例を図示したものである。基板42は基板ホルダー43に収められ、蒸着マスク44はマスクホルダー45に保持する形でハンドリングされる。基板上の画素と蒸着マスクの開口とが一致するようにアライメントが行われた後、マグネット41と基板42と蒸着マスク44が一体となる形で着磁され、蒸着源46から蒸発させた材料を蒸着させることでマスクの開口パターンに応じた有機薄膜を基板上へ形成させる。R,G,Bの各色画素ごとにそれぞれの発光色を得るための材料を蒸着する必要があるため、蒸着マスクを取り換えたり、あるいは単一のマスクで相対位置をずらすことにより、塗り分けが実現される。

このパターニング工程において画素ごとに所望の厚みと寸法の薄膜を得るためには、マスクを薄板化することが有効である。すなわち、マスクの厚みがあると各画素ごとの成膜範囲の外周部分にマスクの影となって所望の厚みが得られない領域が発生する。本発明者らの検討によれば、マスクの厚みは100μm以下、望ましくは50μｍ以下が望ましい。

さらに、上記パターニング工程においては基板とマスクの間に隙間が存在すると、蒸着材料がマスクの開口よりも外側へと回り込む現象が起こるため、蒸着パターニングの精度が低下する。回り込みがひどい場合、隣接画素に他の色が入り込む混色などの不良が発生することがある。図４においてマグネットは、マスクを着磁させることで基板と蒸着マスクの密着性をあげる目的で用いられている。マスクホルダーは厚さ数十μｍ程度と薄板であるマスクが撓んだり、沿ったりせずある程度の平面性を持たせるための枠としての役割を持つ。また、薄板であるマスクのハンドリングを容易にする目的がある。

マスクを用いたパターニング工程に関する従来技術としては、蒸着マスクの一辺部をマスクホルダーに固定することによりマスクの柔軟性を活かしマスクを基板の面形状に習って変形させるという蒸着用治具と成膜方法が提案されている。（たとえば特許文献１を参照）
しかし、この方法ではマグネットを用いて基板上にマスクを着磁させる際に発生するアライメントのズレが大きく、アライメント精度が低下しやすいという問題がある。
公開特許2002-105622号公報図1

上記に述べたように、蒸着マスクは厚さが数十μｍ程度と薄板であるため、マスクが本来もっている特性として歪みや反り、撓みなどの変形が生じやすい。加えて、マスクの端部の加工精度が悪いとマスクホルダー場に貼り付けた際に歪みを生じやすい。マスクの平面度を出すためにマスクを引っ張るなどの方法も考えられているが、その作業は煩雑である上、マスクの開口の精度にも影響する。さらに、マグネットを用いて基板とマスクを密着させる際に薄板である蒸着マスクは歪みや撓みを生じやすいため、基板との間に隙間が生じやすく、パターニング精度の低下を引き起こしやすい。

したがって、一定のアライメント精度を確保しつつ、蒸着マスクの歪みや撓みの影響を抑えて、蒸着マスクと基板との密着性を向上させることは有機ELディスプレイのパターニング工程における課題である。

上記課題を解決するための本発明は、磁性材料で形成された薄板状の真空蒸着用マスクであって、１）マスクホルダーへの保持領域、２）開口部を有する成膜領域、３）マスクの歪みを緩和する領域から成ることを特徴とする、真空蒸着用マスクおよび真空製膜装置を提供するものである。

本発明によれば、有機ELディスプレイのパターニング工程において、一定のアライメント精度を確保しつつ、蒸着マスクの歪みや撓みの影響を抑えて、蒸着マスクと基板との密着性を向上させることが可能となる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。本発明に係るパターニング工程および、蒸着装置としては、図４の同様の構成を用いることが出来る。

マグネット41は永久磁石であり、基板上で成膜面の反対側から基板との距離を変化させることでマスクの着磁と解除がなされるものである。基板42は、ガラスやプラスティック、Siウェハーなどディスプレイの形態に応じて選択できる。基板ホルダー43は基板のハンドリングや搬送を容易にするために用いられ、素材としてはSUS（ステンレス鋼）や、アルミニウムなどの金属が好適であり。基板ホルダー内で基板が動かないように基板を固定する機構を有している。

マスク44はマスクホルダー45に保持された状態でハンドリングや搬送が行われる。マスクをマスクホルダーに保持する方法としては溶接や接着などによる方法やネジ、磁石を用いた脱着可能な方法がを用いることができる。磁石を用いた保持方法は、マスクの交換等が簡便になるという利点がある。マスクは、開口を有する薄板形状であり、板厚は100μｍ以下、好ましくは50μｍ以下とするのが良い。素材としてはSUS（ステンレス鋼）やNi-Co合金などが好適にもちいられる。エッチング法や電鋳法などを用いが開口を形成する。

図５は本発明の一形態を示した真空蒸着用マスクの平面図である。本発明者らの検討によれば、マスクを基板に着磁する際に生じるマスクの歪みは、マスクをマスクホルダーに保持する領域と薄板状のマスクがマグネットによって着磁された領域の間に張力が発生することによって生み出されていることが分かった。そこで、マスクを保持する領域51と成膜領域53との間に歪みを緩和する領域52を設けていることが特徴である。歪みを緩和する領域としては、保持領域と成膜領域との間に開口を設ける形や、保持領域と成膜領域の間をメッシュ構造にする形を用いることが出来、マグネットによる着磁の際に発生する歪みの程度や形状に応じてその構造を変えてもよい。また、マスクの外形状は四角形である必要はなく、５角形以上の多角形や円形でも良い。

パターニング工程は上記の構成において、マスクと基板を近接させた状態でマスク開口と基板状の画素とのアライメントを行う。アライメントは基板とマスクに形成されたいくつかのアライメントマークの位置関係を調節することで行う。アライメントが終了したのち、基板とマスクを静かに接触させ、マグネットを基板の成膜面と反対側から近づけることでマスクを着磁させ、基板と密着させる。

つづいて、蒸着源から蒸着材料を蒸発させる。蒸着源は、抵抗過熱方式やセラミックセル方式などが好適に用いられる。蒸着を行っている間、マスクと一体化された基板を回転させることにより基板上の有機薄膜の面内均一性を向上させることが出来る。

Ni-Co合金材料を用いて、電鋳法により図６のような130mm角のマスクを作成した。マスクの厚みは40μmとした。マスクホルダーへの保持領域は15mmの幅とし、成膜領域は60mm四方とした。30mm×４0mmの開口領域には100μm×134μｍの大きさの複数の開口と設け、アライメントマークとしての開口を２箇所設けた。歪みを緩和するために、成膜領域と保持領域の間は5mm幅の8本の帯状とした。マスクの保持領域をマスクホルダーに磁石を用いて固定したのち、蒸着装置のアライメント機構に導入した。基板は90mm角ガラス基板を用い、エッチングによって100μm×134μｍの複数のCr膜と２箇所のアライメントマークを形成した。次に基板ホルダーに保持したをアライメント機構を有する真空チャンバーに導入したのち、昇降機構を動作させて基板とマスクの距離を0.1mmまで近接させた。次に基板上に設けられたアライメントマークとマスク上のアライメントマークをCCDカメラを用いてモニターしながら、基板ホルダーを支えているXYΘ機構を動作させてアライメントを行った。昇降機構を動作させて、基板をマスク上に接触させた後、60mm角サイズで厚みが5mのマグネットを基板に接近させることでマスクと基板を密着させた。この時のマグネットと基板との間隔は3mmとした。マグネットと基板とマスクを一体化した状態で、毎分5回転で回転させながら、［化学式１］に示したAlq₃（同仁化学社製）を真空度２×１０^-4Paの条件下で真空蒸着法にて毎秒３Åの蒸着レートで700Å蒸着した。成膜後、基板上のAlq薄膜の形状を調べたところ、薄膜の形状はほぼ開口のサイズと同じで、膜の回り込みは認められなかった。

実施例１と同様の手法で図７のようなマスクを作成した。歪みの緩和領域として幅20ｍｍの領域に100μmΦの穴を多数設けてメッシュ構造とした。実施例１と同様に30mm×４0mmの範囲には100μm×134μｍの大きさの複数の開口とアライメントマークとしての開口を２箇所設けた。実施例１と同様にの基板を用いて同様のアライメント工程を行い、Alq₃（同仁化学社製）を真空度２×１０^-4Paの条件下で真空蒸着法にて毎秒３Åの蒸着レートで700Å蒸着した。成膜後、基板上のAlq薄膜の形状を調べたところ、薄膜の形状はほぼ開口のサイズと同じで、膜の回り込みは認められなかった。

有機発光素子の構成を示す概略断面図である。ａ）は有機化合物層が２層構成の場合である。ｂ）は有機化合物層が３層構成の場合である。ＸＹマトリックス型の表示装置の概略構成を示すための部分斜視図である。ＴＦＴを用いたアクティブマトリックス型の表示装置の平面模式図である。パターニング工程を説明する図である。本発明の一形態を説明する図である。本発明の一形態を説明する図である。本発明の一形態を説明する図である。

Claims

磁性材料で形成された薄板状の真空蒸着用マスクであって、
マスクホルダーへの保持領域と開口部を有する成膜領域とマスクの歪みを緩和する領域から成ることを特徴とする、真空蒸着用マスク。
磁性材料で形成された薄板状の真空蒸着用マスクであって、
マスクホルダーへの保持領域と開口部を有する成膜領域とマスクの歪みを緩和する領域から成ることを特徴とする、真空蒸着用マスクを基板に対して位置合わせを行い、磁力を用いて基板とマスクを貼り付けた後、蒸着材料の成膜を施す機構を備えたことを特徴とする真空蒸着装置。
磁性材料で形成された薄板状の真空蒸着用マスクであって、
マスクホルダーへの保持領域と開口部を有する成膜領域とマスクの歪みを緩和する領域から成ることを特徴とする、真空蒸着用マスクを用いて、基板上に発光層をパターニングする工程を有することを特徴とする真空蒸着方法。