JP2005310572A

JP2005310572A - 蒸着マスク製造方法

Info

Publication number: JP2005310572A
Application number: JP2004126559A
Authority: JP
Inventors: Hideo Takakura; 英夫高倉; Masahiro Kanai; 正博金井; Akira Kitajima; 暁北島
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2004-04-22
Filing date: 2004-04-22
Publication date: 2005-11-04

Abstract

【課題】精度よいマスクで蒸着する。
【解決手段】長さと張力をかけて固定しようとする薄板状蒸着マスクの辺長さの比が1：3以下として蒸着する。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、有機ＥＬディスプレーなど真空中で微細加工された蒸着マスクによるパターン成膜が必要な成膜方法に関するものである。

有機ＥＬ素子は、発光輝度が高いこと、発光色が多いこと、膜構成が簡単であることよりカラーディスプレーの分野などで注目されている技術である。有機材料は、吸湿性が高く成膜後の大気中のパターニングは、素子の寿命を著しく低下させることになる。フォトリソグラフなどの半導体をパターニングする技術を応用することは、有機材料自体吸湿性があり大気中のパターニングが難しいこと、レジストが有機材料であり露光後、剥離するときに同時に素子材料まではがれてしまうことがありやはり大気中のパターニングが難しい。そこで、真空中での微細加工されたマスクを通し、パターニングする技術が一般的に用いられる。真空中のマスク成膜では、多色の有機ＥＬ素子を製作する場合、1素子分ずれたパターンの蒸着マスクを交換して成膜するか、同一蒸着マスク、または、基板を素子１ピッチ分移動させて成膜する。このどちらかの方法を使用するのが一般的である。

微細なパターンをマスク蒸着するためには、蒸着マスクの自重撓みなどを抑制し、平面状態で基板に密着させることが重要である。

蒸着マスクは、特許文献１では繊維状の材料が使用され張力をかけてフレームに接着材により固定されている。また、特許文献２では、磁性材料の薄板メタルマスクが使用されており、磁石で吸引することと、蒸着室内に張力をかける手段を有しマスク撓みを抑制して密着性を向上している。このように蒸着マスクに張力をかけ撓みを抑制することは一般的に行われている。
特開2000-61５0５4号公報特開2000-160323号公報

有機ＥＬなどのディスプレーの製作にはマスク成膜技術によるパターニングが必須である。また、ディスプレーなどのデバイスは、高精細化が求められており、マスクパターンの高密度化が進んでいる。高精細マスク成膜での問題点としてパターンずれの発生がある。パターンずれは、初期の蒸着マスクと基板のアライメントのずれ、蒸着マスクと基板のスキマが空くために、蒸着マスク開口と同様な大きさに着膜できないこと、蒸着マスクの精度が悪いことが原因である。従来例では、「蒸着マスクに張力をかけ、撓みを抑制する」と述べられているが、その方法の詳細は述べられていない。

薄板状マスクに張力をかけると、以下のような問題点が発生することが判明した。

1.複数個の画素エリアを持つ薄板状マスクの四辺を引っ張ると四隅の画素エリアと、中心部の画素エリアでは変形量が異なる。

対策としては、四隅の画素エリアは使わないこと。なるたけ多点で張力かけること。各点ごとに画素の変形が少なくなるように張力を変えること。変形分を補正するように、画素となる穴の位置を考慮すること。画素エリアの変形の度合いが小さくなるような大きな薄板状マスクを製作し張力を掛けて小さなフレームに固定すること。などが考えられる。

2.1画素エリアの変形を観察すると角部と中央部の変形変形量が異なる。（画素エリアの中心が大きく変形する。）対策は1と同様である。

画素エリアの変形量を減少させるために、大きな薄板状マスクを製作し、四辺に張力を掛けたが、画素エリアと薄板状マスクの長さの比が2倍から3倍の大きさが必要であった。（画素エリアの大きさで比率が異なる）このように、大きい薄板状マスクから蒸着マスクを製作することは非効率的であり、不経済である。

画素エリアの変形分を補正した薄板状蒸着マスクは、最低2回の露光用マスクの製作が必要である。また、微妙な張力の管理が必要である。しかしながら、変形量を考慮した穴配列で薄板状蒸着マスクを経験値で補正して製作しているのが現状である。

よって本発明は、複数の開口を持つ薄板状蒸着マスクに張力をかけてフレームに固定された蒸着マスク製造方法において、1.画素エリア部（以下画素エリア部とは複数個の画素エリアを有する場合は、複数個すべての画素エリアのことを意味する）長さと張力をかけて固定しようとする薄板状蒸着マスクの辺長さの比が1：3以下であり、2.薄板状マスクが矩形であり、薄板状マスクの四隅が欠落した薄板状マスクに張力をかけてフレームに固定することを特徴とした蒸着マスク製造方法を提供する。

本発明によれば、マスクの四隅を欠落すること、画素エリアの外周部に穴加工を施し、張力をかけた時の緩衝材とさせることにより、精度の良いマスクを製作することが可能となった。また、この方法により、精度を確保するために画素エリアに対し大きなマスクを製作し固定することはなくなった。

画素エリア部とは複数個の画素エリアを有する場合は、複数個すべての画素エリアのことを意味する。

画素エリアの大きさと薄板状マスクの大きさの比をできるだけ小さくして、微妙な張力管理をしなくて済むために、次のような手段を行った。

四隅の画素エリア矩形が大きく変形する対策として、薄板状マスクの四隅を欠落した。薄板状マスクの四辺を引っ張ると角部が変形しにくい。この角部を欠落することにより角部が自由に変形できることになる。また、角部の欠落寸法は、張力を掛けている点よりできる限り内側まで欠落させることが重要である。この欠落部により画素エリアに対して2倍以下の薄板状マスクでも、画素エリア付近にのみ張力を掛けることが可能になって、画素エリア全体の変形が均等に近づいた。

また、画素エリアの外周部に穴加工し、外周部の剛性を弱くして、薄板状マスクに張力をかけた。穴加工は外周部の剛性が穴加工の無い場合の1/2以下になるようにすると、剛性の弱い部分が緩衝材となり画素エリアの変形が減少することがわかった。

以下、本発明を詳細に説明する。

以下に実施例を挙げて本発明を具体的に説明する。

（実施例１）
図１は、本発明に関する蒸着マスクを示す概略図である。図１の１は薄板状蒸着マスク、2は画素エリア、3は薄板状マスクの四隅欠落部、4は張力をかける点、５は張力をかけるバネ、6はフレームを示す。1の薄板状マスクは、Ni合金製でエッチングにより画素エリアの穴を形成した30μm厚さを使用した。画素エリアの穴形成は、エッチングの他、電鋳などの微細加工できる方法ならば問題は無い。また、1の薄板状マスクの材質もSUS304やSUS316、SUS430など微細加工できる材質であれば良い。1の薄板状マスクの大きさは、画素エリア長さの約1.2倍の長さのもので、四隅を矩形に欠落させたものを使用した。欠落させる形状は矩形以外でも問題はない。欠落させる寸法は、張力を掛ける点4より内側まで欠落させた。まず、6のフレームにエポキシ系接着剤を塗布しておく。1の薄板状マスクに５のバネですべての張力をかける点４に同程度の張力を掛けて、1の薄板状マスクを密着させ、接着剤を乾燥させ、1の薄板状マスクを6のフレームに固定した。この方法で製作した蒸着マスクは、画素エリア内で開口の配列を±10μｍ以内の精度で固定することができた。

このマスクを使用して有機薄膜を成膜した例を図4の成膜装置を使用し以下に説明する。成膜機は、真空を保持するための9の真空槽、真空槽を真空に排気するための10の真空排気システム、有機材料を蒸発させるための8の蒸発源、前記方法で製作した蒸着マスク、ガラス基板14、ガラス基板を1画素分シフトさせるための駆動系11、蒸発速度を測定するための膜厚モニター12、成膜時間（膜厚）を管理するためのシャッター13で構成されている真空成膜装置を使用した。

9の真空槽を大気圧に開放し、ガラス基板14をセットする。あらかじめ前記方法にて製作した蒸着マスクを9の真空槽内に取り付けておく。蒸着材料を入れた蒸発源8（今回はボートを使用する）を取り付ける。今回のテストでは、有機材料はAlq₃を使用した。次に真空槽9を10の真空排気システムで所定（５×10^-５Pa）の圧力まで真空排気する。有機材料を入れた蒸発源8に通電し、有機材料の脱ガスを行いながら、ゆっくりと加熱を行う。蒸発速度を膜厚モニター12で確認し所定の蒸発速度になり、蒸発速度が安定したら、シャッター13を開きガラス基板14に有機薄膜を成膜する。膜厚モニター12で所定の膜厚が付いたことを確認してシャッター13を閉める。ガラス基板14を1画素分11の駆動系でシフトさせる。再度、膜厚モニター12で所定蒸発速度であることを確認してシャッター13を開く。膜厚モニター13で所定の膜厚（今回は着膜精度を確認するため100ｎｍ着膜させた）が着膜したことを確認してシャッター13を閉める。3画素目も同様の操作を繰り返し成膜した。

フルカラーディスプレイを製作するためには、赤、青、緑の3種類の有機材料を成膜する必要があるが、今回はテストであるため、有機材料を1種類で3回のマスク成膜を行い単色で着膜の精度を確認した。蒸着マスクの開口の配列精度が向上したため着膜精度も±10μm程度の精度での成膜ができた。

（実施例２）
図2は、実施例2の蒸着マスクの特徴を示す概略図である。図2の１は薄板状マスク、2は画素エリア、4は張力をかける点、５張力をかけるバネ、6はフレーム、7は画素エリアの外周部の薄板状マスクの剛性を弱くするための穴を示す。1の薄板状マスクは、Ni合金製で電鋳により画素エリア及び画素エリア外周部の穴を形成した30μm厚さのものを使用した。1の薄板状マスクの大きさは、画素エリアの長さの約1.2倍のもので、画素エリアの外周部の剛性は、穴のあいていない剛性の1/５（断面積を1/５）にした。画素エリア外周部穴形状は矩形にしたが、丸形状やその他剛性が弱くなる形状であれば問題はない。まず、6のフレームにセラミック系接着剤を塗布しておく。1の薄板状マスクに５のバネで張力をかけるすべての点4に同程度の張力を掛けて、1の薄板状マスクを密着させ、接着剤を乾燥させ、1の薄板状マスクを6のフレームに固定した。この方法で製作した蒸着マスクは、画素エリア内で開口の配列を±8μｍ以内の精度で固定することができた。

この蒸着マスクを使用して有機薄膜を成膜した例を図4の成膜装置使用し以下に説明する。成膜装置は、真空を保持するための9の真空槽、真空槽を真空に排気するための10の真空排気システム、有機材料を蒸発させるための8の蒸発源、前記方法で製作した蒸着マスク、ガラス基板14、ガラス基板を1画素分シフトさせるための駆動系11、蒸発速度を測定するための膜厚モニター12、成膜時間（膜厚）を管理するためのシャッター13で構成されている真空成膜装置を使用した。

9の真空槽を大気圧に開放し、ガラス基板14をセットする。あらかじめ前記方法にて製作した蒸着マスクを9の真空槽内に取り付けておく。蒸着材料を蒸発源8（今回はKセルを使用する）に入れた。今回のテストでは、有機材料はAlq₃を使用した。次に真空槽9を真空排気システムで所定（５×10^-５Pa）の圧力まで真空排気する。有機材料を入れた蒸発源8に通電し、有機材料の脱ガスを行いながら、ゆっくりと加熱を行う。蒸発速度を膜厚モニター12で確認し所定の蒸発速度になり、蒸発速度が安定したら、シャッター13を開きガラス基板14に有機薄膜を成膜する。膜厚モニター12で所定の膜厚が付いたことを確認してシャッター13を閉める。ガラス基板14を1画素分11の駆動系でシフトさせる。再度、膜厚モニター12で所定蒸発速度であることを確認してシャッター13を開く。膜厚モニター13で所定の膜厚（今回は着膜精度を確認するため100ｎｍ着膜させた）が着膜したことを確認してシャッター13を閉める。3画素目も同様の操作を繰り返し成膜した。

フルカラーディスプレイを製作するためには、赤、青、緑の3種類の有機材料を成膜する必要があるが、今回はテストであるため、有機材料を1種類で3回のマスク成膜を行い単色で着膜の精度を確認した。蒸着マスクの開口の配列精度が向上したため着膜精度も±8μm程度の精度での成膜ができた。

（実施例３）
図3は、実施例3に関する蒸着マスクを示す概略図である。図3の１は薄板状蒸着マスク、2は画素エリア、3は薄板状蒸着マスク四隅欠落部、4は張力をかける点、５張力をかけるバネ、6はフレームを示す。薄板状蒸着マスクは、インバー製でエッチングにより画素エリアの穴を形成した30μm厚さを使用した。1の薄板状蒸着マスクの大きさは、画素エリアの長さの約1.2倍の長さのもので、四隅を斜めに欠落させたものを使用した。四隅の欠落寸法は、斜めの中点が張力をかける点4より内側になるように欠落させた。まず、6のフレームにエポキシ系接着剤を塗布しておく。1の薄板状蒸着マスクに５のバネですべての張力をかける点4に同程度の張力を掛けて、1の薄板状蒸着マスクを密着させ、接着剤を乾燥させ、1の薄板状蒸着マスクを6のフレームに固定した。この方法で製作した蒸着マスクは、画素エリア内で開口の配列を±10μｍ以内の精度で固定することができた。

この蒸着マスクを使用して有機薄膜を成膜した。成膜方法は実施例1と同様の方法で行った。

蒸着マスクの開口の配列精度が向上したため着膜精度も±10μm程度の精度での成膜ができた。

（実施例４）
図５は、実施例4の蒸着マスクの特徴を示す概略図である。図５の１は薄板状蒸着マスク、2は画素エリア、4は張力をかける点、５張力をかけるバネ、6はフレーム、7は画素エリアの外周部の剛性を弱くするための穴を示す。1の薄板状蒸着マスクは、SUS430でエッチングにより画素エリア及び画素エリア外周部の穴を形成した30μm厚さを使用した。1の薄板状蒸着マスクの大きさは、画素エリアの長さの約1.2倍のもので、画素エリア外周部の穴を図５にように網目状になるように配列させた。薄板状蒸着マスク穴部の剛性は約1/20程度（断面積を約1/20）にした。

まず、6のフレームにエポキシ系接着剤を塗布しておく。1の薄板状蒸着マスクに５のバネですべての張力をかける点4に同程度の張力を掛けて、1の薄板状蒸着マスクを密着させ、接着剤を乾燥させ、1の薄板状蒸着マスクを6のフレームに固定した。この方法で製作した蒸着マスクは、画素エリア内で開口の配列を±7μｍ以内の精度で固定することができた。

この蒸着マスクを使用して成膜する方法は、実施例2と同様の方法で成膜した。

成膜の結果は、マスクの開口の配列精度が向上したため着膜精度も±7μm程度の精度での成膜ができた。

本発明の蒸着マスクの一実施態様を示す概略図である。本発明の蒸着マスクの他実施態様を示す概略図である。本発明の蒸着マスクの他実施態様を示す概略図である。本発明の実施例に使用した蒸着装置示す説明図である。本発明の蒸着マスクの他実施態様を示す概略図である。

符号の説明

1 マスク
2 画素エリア
3 マスク欠落部（欠落部）
4 張力をかける点
5 張力をかけるばね
6 フレーム
7 画素エリア外周部穴
8 蒸発源
9 真空槽
10 真空排気システム
11 基板駆動系
12 膜厚モニター
13 シャッター
14 ガラス基板

Claims

複数の開口を持つ薄板状蒸着マスクに張力をかけてフレームに固定された蒸着マスク製造方法において、
1.長さと張力をかけて固定しようとする薄板状蒸着マスクの辺長さの比が1：3以下であり、
2.薄板状マスクが矩形であり、
薄板状マスクの四隅が欠落した薄板状マスクに張力をかけてフレームに固定することを特徴とした蒸着マスク製造方法。
前記蒸着マスク製造方法において、四隅の欠落部が薄板状蒸着マスクに張力をかける位置より、蒸着マスク中心方向を内側とし中心から離れる方向を外側とする場合、前記内側に至る位置まで欠落した薄板状蒸着マスクに張力をかけてフレームに固定することを特徴とした請求項1に記載の蒸着マスク製造方法。
前記蒸着マスクを製造する方法において、
画素エリア部長さと張力をかけて固定しようとする薄板状蒸着マスクの辺長さの比が1：3以下であり、画素エリアの外側に穴加工があり、穴加工により、穴加工が無い状態の剛性の1/2以下である薄板状蒸着マスクに張力をかけフレームに固定することを特徴とした蒸着マスク製造方法。