JP2006241547A - メタルマスクの製造方法およびメタルマスク - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、マスクシートをフレームに固定した後においても開口部の位置を修正することができ、またマスクシートの張力のバラツキを抑えることが可能なメタルマスクの製造方法およびメタルマスクを提供することを目的とする。
【解決手段】 本発明のメタルマスク１０の製造方法は、複数の開口部を有するマスクシート１２およびマスクシート１２を取り付けるフレーム１４を準備する。（２）マスクシート１２の端部をフレーム１４に固定する。（３）マスクシート１２の開口部が所望の位置にあるか否かを確認する。（４）開口部の位置がずれていれば、例えばマスクシート１２にレーザー１８を照射する等の手段により、マスクシート１２を収縮させて開口部の位置を移動させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、有機ＥＬディスプレイの製造時などの蒸着時に使用するメタルマスクの製造方法およびメタルマスクに関するものである。

周知の有機ＥＬディスプレイは、カソード電極とアノード電極に挟まれた有機発光層が発光することによって表示をおこなうディスプレイである。有機発光層は低分子材料で形成されたものと高分子材料で形成されたものがある。低分子材料の有機発光層は真空蒸着で成膜される（非特許文献１参照）。

蒸着はガラスなどの基板表面に開口部を有するマスクシートを配置しておこなう。開口部を通過した有機材料が基板に蒸着される。

図７に示すように、マスクシート１２はニッケルやニッケル系合金からなるフィルム状のものであり、フレーム１４に取り付けて用いる。取り付け方法は、例えばマスクシート１２に張力をかけながらマスクシート１２の端部をフレーム１４にスポット溶接３８で取り付ける方法がある。本明細書では、このようにフレーム１４にマスクシート１２を取り付けたものをメタルマスク４０とする。

城戸淳二著 「有機ＥＬのすべて」 日本実業出版社刊 ｐ８０−８５ ２００３年２月２０日発行

高い寸法精度のメタルマスク４０を製作するには、マスクシート１２の張力とそれに伴うマスクシート１２の伸び、およびマスクシート１２の張力によるフレーム１４の変形などを同時に適切な状態に調節しつつ、マスクシート１２をフレーム１４に固定するという高度な技術が必要である。したがって、高精細の有機ＥＬディスプレイに使用するメタルマスク４０ほど製造歩留まりが悪くなる欠点がある。

また、マスクシート１２にかかる張力によって開口部３４の位置がずれると蒸着される有機発光層の蒸着パターンに不良が発生し、ディスプレイの製造歩留まりが悪化する。特に高精細化されたディスプレイであれば製造歩留まりの悪化は大きくなる。

さらに、スポット溶接でマスクシート１２をフレーム１４に取り付けたとき、マスクシート１２にしわが発生することがある。これは、張力が加えられたマスクシート１４を複数のポイントで固定するため、マスクシート１２に対して均一に張力をかけないと各ポイントに発生する力が異なるためである。このしわによっても開口部３４の位置がずれ、蒸着パターンに不良が発生する。

本発明は、マスクシートをフレームに固定した後においても開口部の位置を修正することができるメタルマスクの製造方法およびメタルマスクを提供することを目的とする。また、メタルマスクの張力のバラツキを抑えることが可能なメタルマスクの製造方法およびメタルマスクを提供することを目的とする。

本発明のメタルマスクの製造方法は、複数の開口部を有するマスクシートの端部をフレームに固定する工程と、前記マスクシートを収縮させて前記開口部の位置を移動させる工程と、を含む。

前記マスクシートの収縮は、前記マスクシートにレーザーを照射することにより行われることが好ましい。

前記レーザーはパルスレーザーであり、パルス幅は１ｎｓ〜１ｍｓであることが好ましい。

前記レーザーの照射は前記マスクシートの一部分に対しておこなうことが好ましい。

前記マスクシートにレーザーを照射する前よりも後の方がマスクシートにかかる張力が大きいことが好ましい。

また前記マスクシートの収縮は、前記マスクシートの表面を酸化または非晶質化させることが好ましい。

本発明のメタルマスクは、フレームと、前記フレームに固定され、複数の開口部を有するシート状の金属であり、該金属の表面の少なくとも一部が非晶質、金属酸化物、またはその両方であるマスクシートと、を含む。

前記金属はニッケルまたはニッケル系合金であることが好ましい。

本発明は、マスクシートをフレームに固定した後に開口部の位置を調節できるので、簡単に寸法精度の高いメタルマスクを製作することができる。また、マスクシートの張力のバラツキを抑えたり、張力の部分的な調整をすることによりしわの発生を抑えることができる。

本発明のメタルマスクの製造方法およびメタルマスクについて図面を用いて説明する。まず、図１（ａ）〜（ｃ）を用いてメタルマスク１０の製造方法を説明する。

（１）図１（ａ）に示すように、複数の開口部を有するマスクシート１２およびマスクシート１２を取り付けるフレーム１４を準備する。（２）図１（ｂ）に示すように、マスクシート１２の端部をフレーム１４に固定する。（３）マスクシート１２の開口部が所望の位置にあるか否かを確認する。（４）図１（ｃ）に示すように、開口部の位置がずれていれば、マスクシート１２にレーザー１８を照射し、マスクシート１２を収縮させて開口部の位置を移動させる。

上記（１）で準備するマスクシート１２は、ニッケルまたはニッケル系合金からなるものである。ニッケル系合金としては、例えばニッケル−コバルト合金がある。マスクシート１２は電鋳法により製造されたものである。マスクシート１２の厚みは約１０μｍ〜３０μｍである。

上記（２）での固定は、マスクシート１２をフレーム１４にスポット溶接で固定する。固定するとき、マスクシート１２に張力をかけるが、この時点では最終的に製造されるメタルマスク１０のマスクシート１２にかかる張力よりも弱くする。従来と比較して高精度のアライメントは要求されない。これは上記（４）でマスクシート１２の開口部の位置を収縮によって移動させるためである。したがって、従来と比較してマスクシート１２の固定が簡単である。

上記（４）でのレーザー１８のレーザー源１６は、パルス発振をおこなうパルスレーザー、例えば直接変調やQスイッチングなどによるＹＡＧレーザー、Tiサファイアレーザー、エキシマレーザーなどを使用する。レーザー１８のスポットは半値全幅（FWHM)１００μｍ〜３００μｍ位になるように、集光レンズなどを用いて調節する。レーザー１８は、例えば可視光（約３８０ｎｍ〜７８０ｎｍ）、出力約１０〜１０００ｍＷ、パルス幅約１ｎｓ〜１ｍｓ、繰り返し周波数１００Hz〜１００MHｚである。

レーザー１８の照射は多くの場合、マスクシート１２の一部分に対して行われる。図２（ａ）に示すように、マスクシート１２の部分領域１２ａにレーザー１８を複数箇所照射させると、該照射領域１８ａと共に部分領域１２ａが収縮し、マスクシート１２の開口部が移動する。したがって、レーザー１８を照射する部分を調節することによって、マスクシート１２の開口部を所望の位置に移動させることができる。また、その際の照射条件、例えば、レーザー光のパワー密度、ビーム径、照射時間、走査スピードなどは実験等により所望のマスク収縮量が得られるように決定すればよい。

レーザー１８の照射位置１８ａは、図２（ｂ）に示すように、マスクシート１２の部分領域１２ａに対して連続的な線状となるようにしてもよい。

マスクシート１２が収縮する理由について説明する。マスクシート１２にパルスレーザー１８が照射されると、照射された部分で熱の出入りが発生する。この熱の出入りは急熱急冷である。この一瞬の熱の出入りによってマスクシート１２の表面が非晶質化され、および／またはマスクシート１２の表面に金属酸化物が生成される。このため、レーザー照射されたマスクシート１２の表面近傍に体積収縮が生じ、レーザー１８を照射された部分が収縮する。従って、レーザー照射は、通常、マスクシート１２の表面を非晶質化し、および／またはマスクシート１２の表面に金属酸化物を形成するまでおこなう。

また、レーザー１８は種々のレーザー１８が使用可能であるが、パルスレーザーが好ましい。パルス幅が短すぎる場合にはアブレーションでニッケルが剥離・蒸発してしまうおそれがある。パルス幅が長すぎる場合には局部に対して集中的な発熱ではなく広いエリアの除温除冷でマスクシート１２が延びてしまうおそれがある。実験より、パルス幅は１ｎｓ〜１ｍｓ位が好ましい。

マスクシート１２が収縮することによって、レーザー１８の照射前と比較して照射後のマスクシート１２にかかる張力は大きくなる。マスクシート１２をフレーム１４に固定するときに、マスクシート１２に均一に張力をかける必要はない。

以上より、本発明の製造方法で製造されるメタルマスク１０は、フレーム１４と、そのフレーム１４に固定され、複数の開口部を有するシート状の金属であり、金属の表面の少なくとも一部が非晶質、金属酸化物、またはその両方であるマスクシート１２と、を含むことになる。従来と異なり、マスクシート１２の表面が非晶質、および／または金属酸化物の部分が存在する。上述したようにマスクシート１２の表面をレーザー照射してマスクシート１２の表面を非晶質および／または金属酸化物にすることによって寸法精度の高いメタルマスク１０となっている。

次に、マスクシート１２にレーザー１８を照射したときの実験結果について説明する。なお、以下の実験結果はＹ軸方向の変位についての実験結果である。マスクシート１２の全面にレーザー１８を１回照射したときのマスクシート１２に与える変位量は図３のようになった。変位量を表す図中の数値の単位はμｍであり、Ｙ軸方向にどれだけ変位したかを示す。プラスであればＹ軸のプラス方向に変位し、マイナスであればＹ軸のマイナス方向に変位したことを示す。レーザー１８は、出力７０ｍＷ、波長５３０ｎｍ、パルス幅約２００ｎｓ、繰り返し周波数１０ｋHｚ、ビーム径０．３ｍｍ（FWHM)とした。またレーザー１８の照射位置はマスクシート１２に対して０．３ｍｍの等間隔とし、レーザーを所定の方向に走査させることでマスクシート１２にレーザー１８を略全面に照射するようにした。図3より、Ｙ＝０に向かってマスクシート１２が収縮したことがわかる。なお、Ｘ軸方向においても上記と同様の実験結果が得られるものと考えられる。

レーザー１８を照射することによるマスクシート１２の収縮する量が求まれば、その収縮量をフィードバックして上記（２）の固定をおこなうことができる。上記（２）の固定をおこなうときに、マスクシート１２の収縮量を考慮した上で、従来と比較してマスクシート１２にかかる張力を弱くしてフレーム１４に固定する。すなわち、マスクシート１２の開口部の位置がマスクシート１２の中心からフレーム１４の方に向かってずれるように、マスクシート１２をフレーム１４に固定する。

例えば、図４に示すように、Ｙ軸方向のずれがＹ＝０から離れる方向にずらしてマスクシート１２の固定をおこなう。なお、図４はフレームにマスクシートを固定したときのマスクシートのＹ軸方向のずれを示す図であり、プラスの数値は所望する位置よりもＹ軸のプラス方向にずれていることを示し、マイナスの数値は所望する位置よりもＹ軸のマイナス方向にずれていることを示す。そして、マスクシート１２の全面にレーザー照射をおこなうとマスクシートが収縮する。その様子は図５のように示される。図５における数値は図４と同様、プラスの数値は所望する位置よりもＹ軸のプラス方向にずれていることを示し、マイナスの数値は所望する位置よりもＹ軸のマイナス方向にずれていることを示す。なお、レーザーは、出力７０ｍＷ、波長５３０ｎｍ、パルス幅約２００ｎｓ、繰り返し周波数１０ｋHｚ、ビーム径０．３ｍｍ（FWHM)であり、照射の回数は４回である。またレーザー１８の照射位置はマスクシート１２に対して０．３ｍｍの等間隔とし、レーザー１８を所定の方向に走査させることによりレーザー１８をマスクシート１２の略全面に照射するようにした。図５によれば、レーザー照射によっておおむね１０μｍ以下のずれになることがわかる。１０μｍ以下のずれであれば高精細な有機ＥＬディスプレイの製造用のメタルマスク１０として使用することができる。

以上より、レーザー照射の位置、強度の最適化により、位置ずれの高度な修正が可能となり、高寸法精度のメタルマスク１０を得ることができる。このことより本発明は、高精細な有機ＥＬディスプレイの製造に有効である。また、高精細なメタルマスク１０の製造が簡単であり、かつ製造歩留まりの悪化を防ぐこともできる。

以上、本発明について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることはない。例えば、フレームにマスクシートを固定するときの形態を図６のようにしてもよい。フレームの第１辺２２ａとその第１辺２２ａと対向する第２辺２２ｂで異なる構成とする。第１辺２２ａと第２辺２２ｂとをつなぐ他の辺は第１辺２２ａと第２辺２２ｂとが可動できるように構成する。第１辺２２ａはマスクシート１２の固定用であり、第２辺２２ｂはマスクシート１２のしわやずれの補正用である。

第１辺２２ａは、マスクシート１２を挟み込む第１および第２板状体２４ａ，２４ｂと、第１板状体２４ａを固定する断面Ｌ字状の第１固定部２６ａ、第１固定部２６ａと固定され、第１固定部２６ａとで第１および第２板状体２４ａ，２４ｂを挟み込むほぼ断面Ｌ字状の第２固定部２６ｂとを含む。第１板状体２４ａと第１固定部２６ａの固定、および第１固定部２６ａと第２固定部２６ｂとの固定はねじ２８ａ，３０ａを用いる。第１板状体２４ａと第２板状体２４ｂはマグネットで構成する。第２固定部２６ｂはマスクシート１２が接する部分を曲線で構成し、マスクシート１２が傷ついたり破れたりするのを防止する。

第２辺２２ｂは、マスクシート１２を挟み込む第３および第４板状体２４ｃ，２４ｄと、第３板状体２４ｃを固定するほぼ断面Ｌ字状の第３固定部２６ｃ、第３固定部２６ｃとで第３および第４板状体２４ｃ，２４ｄを挟み込み、第３固定部２６ｃとは位置調節可能に固定されている第４固定部２６ｄとを含む。図６で示すように、第３および第４板状体２４ｃ，２４ｄの固定は縦方向であり、第３固定部２６ｃと第４固定部２６ｄとの固定は横方向でおこなう。第３板状体２４ｃと第３固定部２６ｃの固定、および第３固定部２６ｃと第４固定部２６ｄとの固定はねじ２８ｂ，３０ｂを用いる。第３板状体２４ｃと第４板状体２４ｄはマグネットで構成する。第４固定部２６ｄはマスクシート１２が接する部分を曲線で構成し、マスクシート２６が傷ついたり破れたりするのを防止する。固定用のねじ２８ａ，２８ｂと張力調節用のねじ３０ａ，３０ｂはそれぞれ複数ある。

マスクシート１２の固定は、（ａ）第１辺２２ａの第１および第２板状体２４ａ，２４ｂの間にマスクシート１２の端部を挟み込む。挟み込んだときにマグネットの引力によって第１および第２板状体２４ａ，２４ｂの間にマスクシート１２が固定される。（ｂ）ねじ２８ａによって第１固定部２６ａと第１板状体２４ａを固定する。（ｃ）第１固定部２６ａと第２固定部２６ｂとで第１および第２板状体２４ａ，２４ｂを挟み込み、ねじ３０ａによって第１固定部２６ａと第２固定部２６ｂとを固定する。以上の（ａ）〜（ｃ）の工程で第１辺２２ａにマスクシート１２が固定される。

（ｄ）マスクシート１２の端部を第３および第４板状体２４ｃ，２４ｄの間に挟み込む。挟み込んだときにマグネットの引力によって第３および第４板状体２４ｃ，２４ｄの間にマスクシート１２が固定される。（ｅ）第３板状体２４ｃと第３固定部２６ｃとをねじ２８ｂによって固定する。（ｆ）第３固定部２６ｃと第４固定部２６ｄとで第３および第４板状体２４ｃ，２４ｄを挟み込み、ねじ３０ｂによって第３固定部２６ｃと第４固定部２６ｄとの隙間３２を調節しながら、第３固定部２６ｃと第４固定部２６ｄとを固定する。

調節用のねじ３０ｂによってマスクシート１２にかかる張力を変えることができ、マスクシート１２の開口部３４の位置ずれを調節することができる。スポット溶接による複数のポイントで固定するのであればマスクシート１２にしわができやすくなるが、図６の構成であれば第１，２，３，４板状体２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄによる線状の固定であるため、マスクシート１２にしわができにくくなる。

第１辺２２ａをマスクシート１２の固定に用い、第２辺２２ｂをマスクシート１２の張力調節用に使用したが、第２辺２２ｂにマスクシート１２を固定し、第１辺２２ａのねじ３０ａを調節することによってマスクシート１２の張力を調節してもよい。さらには、第１および第２辺２２ａ，２２ｂのねじ３０ａ，３０ｂを使用してマスクシート１２の張力を調節してもよい。

図６のメタルマスク１２にレーザー１８を照射して、マスクシート１８の開口部３４を所望の位置に調節してもよい。図１の場合よりも高精度の位置あわせが可能となる。

その他、本発明は、その主旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づき種々の改良、修正、変更を加えた態様で実施できるものである。
例えば、マスクシート１２の表面にレーザー光を吸収しやすい材質からなる層を形成しておき、その部分にレーザー光を照射した場合にはレーザー光の吸収による発熱が大きく効率的にマスクシートを収縮させることができる。レーザー光を吸収しやすい材質としては、有機EL素子の有機EL材料に使用するもの、特に銅フタロシアニンやAlq3などは比較的光吸収が大きく、レーザー光による発熱を有効に利用しやすく、さらに、そのもの自体レーザー照射で蒸発するので、レーザー照射後に残ることもなく好適である。層厚としては１０ｎｍ〜３０００ｎｍ程度でよい。

本発明のメタルマスクの製造方法を示す図であり、（ａ）はマスクシートとフレームを準備した図であり、（ｂ）はフレームにマスクシートを固定した図であり、（ｃ）はマスクシートにレーザーを照射する図である。 レーザーの照射位置を示す図であり、（ａ）は等間隔に照射する場合の図であり、（ｂ）は線上にレーザーを照射する図である。 レーザー照射で１回あたりの照射の収縮量を示す図である。 フレームにマスクシートを固定したときのマスクシートのＹ軸方向のずれを示す図である。 図４のマスクシートにレーザーを照射したときのＹ軸方向のずれを示す図である。 マスクをフレームに固定するときの他の形態を示す図である。 従来のメタルマスクを示す断面斜視図である。

符号の説明

１０：メタルマスク
１２：マスクシート
１４：フレーム
１６：レーザー源
１８：レーザー

Claims (8)

1. 複数の開口部を有するマスクシートの端部をフレームに固定する工程と、
   前記マスクシートを収縮させて前記開口部の位置を移動させる工程と、
   を含むメタルマスクの製造方法。
2. 前記マスクシートの収縮は、前記マスクシートにレーザーを照射することにより行われることを特徴とする請求項１に記載のメタルマスクの製造方法。
3. 前記レーザーがパルスレーザーであり、パルス幅が１ｎｓ〜１ｍｓであることを特徴とする請求項２に記載のメタルマスクの製造方法。
4. 前記レーザーの照射は前記マスクシートの一部分に対しておこなわれることを特徴とする請求項２または３に記載のメタルマスクの製造方法。
5. 前記マスクシートにレーザーを照射する前よりも後の方がマスクシートにかかる張力が大きいことを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載のメタルマスクの製造方法。
6. 前記マスクシートの収縮は、前記マスクシートの表面を酸化または非晶質化させることにより、行われることを特徴とする請求項１に記載のメタルマスクの製造方法。
7. フレームと、
   前記フレームに固定され、複数の開口部を有するシート状の金属であり、該金属の表面の少なくとも一部が非晶質、金属酸化物、またはその両方であるマスクシートと、
   を含むメタルマスク。
8. 前記金属がニッケルまたはニッケル系合金である請求項７に記載のメタルマスク。

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