JP2008255449A

JP2008255449A - 蒸着マスクとその製造方法

Info

Publication number: JP2008255449A
Application number: JP2007101262A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Kobayashi; 良弘小林; Hirohito Tamaru; 裕仁田丸; Kiichiro Ishikawa; 樹一郎石川
Original assignee: Kyushu Hitachi Maxell Ltd; Hitachi Maxell Ltd
Current assignee: Kyushu Hitachi Maxell Ltd; Maxell Holdings Ltd
Priority date: 2007-04-09
Filing date: 2007-04-09
Publication date: 2008-10-23

Abstract

【課題】常温時の被蒸着基板に対する蒸着マスクの整合精度を蒸着窯内における昇温時にも良好に担保でき、従って発光層を高精度に再現性良く形成できる蒸着マスク及びその製造方法を得るにある。
【解決手段】蒸着通孔５からなる蒸着パターンを備えるマスク層２に低熱線膨張係数の材質から成る支持層３を蒸着通孔５と重ならないように積層しているため、マスク自体の強度アップはもちろんのこと、熱の影響による形状変化の抑制、つまり、蒸着作業時における高温環境下での蒸着マスク１と被蒸着基板２０との位置ずれを顕著に低減できる。
【選択図】図８

Description

本発明は、蒸着マスクおよびその製造方法に関する。本発明は、例えば蒸着マスク法により、有機ＥＬ素子の発光層を形成する際に用いられる有機ＥＬ素子用の蒸着マスク、およびその製造方法に適用できる。

蒸着マスクは、銅・ニッケル・ステンレスといった金属板をエッチングやレーザー加工によって製造したものや、金属を析出する電鋳によって製造したものがある。例えば特許文献１には、マスクパターンを備えた蒸着マスクフレームに微細リブを架設したニッケル製の蒸着マスクが開示されている。特許文献１に記載の蒸着マスクによれば、マスクパターンを微細リブで保持するので、今までにできなかった微細パターンや島状パターンを有する蒸着マスクを提供できるとしている。

特開２００１−２５４１６９号公報

しかし、上記蒸着マスクを用いて蒸着を行った際に、ニッケルによって構成されている蒸着マスクと被蒸着基板であるガラス基板とでは熱線膨張係数が異なるために、ガラス基板上の所望の発光層形成位置と蒸着マスクの蒸着通孔位置とにズレが生じてしまい、発光層を高精度に形成することができなかった。

本発明の目的は、常温時の被蒸着基板に対する蒸着マスクの整合精度を蒸着窯内における昇温時にも良好に担保でき、従って発光層を高精度に再現性良く形成できる蒸着マスク及びその製造方法を得るにある。

本発明に係る蒸着マスクは、蒸着通孔５からなる蒸着パターンを備えるマスク層２に低熱線膨張係数の材質から成る支持層３を積層した蒸着マスクであって、前記支持層３は前記蒸着通孔５と重ならないように形成したことを特徴とする。

また、前記支持層３は各蒸着通孔５を囲むように形成したことを特徴とする。

また、前記マスク層２の熱線膨張係数が前記支持層３の熱線膨張係数よりも大きいことを特徴とする。上記支持層３としては、例えば、インバー材で形成することが好ましい。係る材質を採用することで、熱影響による蒸着マスクの形状変化・寸法変化を可及的に抑えることができる。

また本発明は、低熱線膨張係数の材質からなる母型３０の一方の面にレジスト体３３ａを有するパターンレジスト３３を形成する工程と、前記母型３０の他方の面にレジスト体３４ａを有するパターンレジスト３４を形成する工程と、前記パターンレジスト３３を用いて前記母型３０の一方の面に電着層３５を形成する工程と、前記パターンレジスト３４を用いて前記母型３０の他方の面をエッチングする工程とを含むことを特徴とする。上記電着層３５を形成する工程においては、前記母型の熱線膨張係数よりも大きな熱線膨張係数の材質を用いると良い。

本発明に係る蒸着マスクによれば、蒸着通孔５からなる蒸着パターンを備えるマスク層２に低熱線膨張係数の材質から成る支持層３を蒸着通孔５と重ならないように積層しているため、マスク自体の強度アップはもちろんのこと、熱の影響による形状変化の抑制、つまり、蒸着作業時における高温環境下での蒸着マスク１と被蒸着基板２０との位置ずれを顕著に低減できる。従って、本マスクを例えば有機ＥＬ素子の発光層形成用の蒸着マスクに適用した場合には、発光層の再現精度・蒸着精度を良好に確保できる。

図１及び図２は本発明に係る蒸着マスク１を、有機ＥＬ素子用蒸着マスクとして適用した実施形態を示す。図１において有機ＥＬ素子用蒸着マスク１は、ニッケルやニッケルコバルトといったニッケル合金、銅、その他の金属を素材としたマスク層２と、ニッケル−鉄合金であるインバー材やニッケル−鉄−コバルト合金であるスーパーインバー材等のような被蒸着基板２０と同等の低熱線膨張係数の材質からなる支持層３とから構成されている。これは、従来のように蒸着マスク１がニッケルのみからなるものであると、その線膨張係数は１２.８０×１０^−６／℃であり、被蒸着基板２０である一般ガラスの線膨張係数３.２０×１０^−６／℃に比べて数倍大きいため、蒸着時の高温による熱膨張率の違いから、常温下で蒸着マスク１を被蒸着基板２０に整合させた際の蒸着位置と、実際の蒸着時における蒸着物質の蒸着位置との間に位置ズレが生じることは避けられないからである。そこで、線膨張係数が２×１０^−６／℃あるいは１×１０^−６／℃以下と極めて小さいインバー材やスーパーインバー材を採用することで、その蒸着工程における熱影響による蒸着マスク１の寸法変化を良好に抑制できる。すなわち、昇温時における蒸着マスク１の膨張に起因する寸法変化、形状変化をよく抑えて、常温時における整合精度を蒸着時の昇温時にも良好に保つことができる。

蒸着マスク１の厚みは、好ましくは０．０１〜１．０ｍｍの範囲であって、マスク層２は０．０１〜０．１ｍｍ、支持層３は０．０５〜０．５ｍｍの範囲とし、本実施例ではマスク層２が０．０５ｍｍ、支持層３が０．４５ｍｍの合わせて０．５ｍｍの厚さに設定した。各蒸着通孔５は、例えば図９（ａ）に示すような、平面視で前後の長さ寸法が２００μｍ、左右幅寸法が３０〜８０μｍの四角形状を有しており、これら蒸着通孔５は、前後方向に直線的に並ぶ複数個の通孔群を列とし、複数個の列が左右方向に並列状に配設されたマトリクス状の蒸着パターンを構成した。なお、図面は実際の蒸着パターンの様子を示したものではなく、それを模式的に示している。

前記支持層３は、前記蒸着通孔５に重ならないようにした上で前記マスク層２と前記支持層３との積層（接触）面積が大きければ大きいほど良く、例えば、前記蒸着通孔５と同寸法であって前記蒸着通孔５に連なるような開口を備えた前記支持層３を前記マスク層２上に形成したものでも良いが、均一な厚みの発光層を形成する点を考慮するならば、図４（ｃ）や図９に示すごとく、前記蒸着通孔５各々を囲むように前記支持層３を前記マスク層２上に形成して、断面視で前記マスク層２と前記支持層３とで段状となるようにするのが好ましい。これによって、よりマスク強度が補強され且つ熱の影響を受けにくくなるとともに、しわの発生防止や蒸着源１４からの発熱を前記支持層３が壁となって前記マスク層２に対して防熱効果をもたらすので、更に熱に対して強い蒸着マスクを得ることができる。

次に、図３及び図４に基づいて、本実施形態に係る有機ＥＬ素子用電着マスクの製造方法を示す。まず、図３（ａ）に示すごとく、母型３０の表面にフォトレジスト層３１を形成する。この母型３０はインバー材等といった低熱線膨張係数の材質を用い、また、フォトレジスト層３１は、ネガタイプの感光性ドライフィルムレジストを、所定の高さに合わせて一枚ないし数枚ラミネートして熱圧着により形成した。

次いで、図３（ｂ）に示すごとく、フォトレジスト層３１の上に、前記蒸着通孔５に対応する透光孔を有するパターンフィルム３２ａ・３２ｂ（ガラスマスク）を密着させたのち、紫外光ランプで紫外線光を照射して露光を行い、現像、乾燥の各処理を行って、未露光部分を溶解除去することにより、図３（ｃ）に示すごとく、前記蒸着通孔５に対応するレジスト体３３ａ・３４ａを有するパターンレジスト３３・３４を母型３０上に形成した。

次いで、図３（ｄ）に示すごとく、前記母型３０のパターンレジスト３４形成側表面をカバーレジスト３６によってマスキングする。

次いで、所定の条件に建浴した電鋳槽に入れ、図３（ｅ）に示すごとく、母型３０のパターンレジスト３３で覆われていない表面にニッケルやニッケル−コバルト等といった電着金属を先のレジスト体の高さの範囲内、好ましくは１０〜１００μｍ厚の範囲、本実施例では５０μｍ厚で電鋳して、電着層３５を形成した。なお、電着層３５を形成する前に、母型３０のパターンレジスト３３で覆われていない表面に金メッキを施しても良い。これは、後に行う母型３０をエッチングする際に、電着層３５がエッチングされるのをより防ぐためである。また、電着層３５を形成した後に表面を研磨するのが好ましい。このように、蒸着マスク１を構成する支持層３となる母型３０を用いてマスク層２となる電着層３５を形成することで、マスク層２（電着層３５）と支持層３（母型３０）とを一体的に且つ精度良く形成することができる。

次いで、カバーレジスト３６を除去して、図４（ａ）に示すごとく、上記インバー材３０のパターンレジスト３３形成側表面をカバーレジスト３７によってマスキングした後に、図４（ｂ）に示すごとく、インバー材３０のパターンレジスト３４で覆われていない表面をエッチングする。

最後に、カバーレジスト３７、パターンレジスト３３・３４を除去することによって、図４（ｃ）に示すような蒸着マスク１を得ることができる。

本実施形態の蒸着マスク１によれば、支持層３としてインバー材などといった低熱線膨張係数の材質を用いるので、蒸着時に蒸着マスク１が昇温されることによって起こる蒸着パターンの変形が抑制することが可能となる。仮に、昇温による蒸着パターンの変形が生じたとしても、支持層２と被蒸着基板２０の線膨張係数が同等のため、蒸着マスク１は被蒸着基板２０に追随して変形するので、したがって、発光層を所望の位置に高精度に形成することができる。

また、蒸着マスク１が上記低熱線膨張係数の材質とこれより熱線膨張係数の大きい材質とから構成されるもの、つまり、マスク層２の線膨張係数を支持層３のそれよりも大きいものとすれば、仮に昇温時によって蒸着マスク１に伸びが生じたとしても、一定方向への凸部変形（反り）が可能であり、例えば、マスク層２側を被蒸着基板２０と密着する側とすれば、図２に示すように、蒸着マスク１と被蒸着基板２０との密着関係を良好に働かせる方向に蒸着マスク１を反らせることが可能となるので、蒸着マスク１と被蒸着基板２０とにすき間ができることにより生じるにじみの発生を防止でき、よって、にじみのない発光層の形成が可能となる。これは、蒸着マスク１自体に内部応力を作用させることによっても同様な蒸着マスク１を得ることができる。係る内部応力の作用は、上記蒸着マスク１の製造方法の電鋳により電着層３５を形成することにより付与でき、これは電着層３５を形成する際に用いられる電鋳槽内に入れられる光沢剤を調整することによって、容易に生じさせることができる。

本実施形態においては、図５に示すように、蒸着マスク１に接着剤６を介して固定された枠体８を金属層９によって一体的に形成しても良い。これにより、更なるマスクの補強や昇温による被蒸着基板２０に対するマスクの位置ズレ防止が図れる。

また、図６や図７に示すように、金属層９を枠体８側に蒸着マスク１を引き寄せるような引っ張り応力Ｆ１が作用するようなテンションを加えた状態で形成したり、蒸着マスク１をそれが内方に収縮する方向の応力Ｆ２が作用するようなテンションを加えた状態で形成したりしても良い。これによれば、蒸着窯内における昇温時に伴う蒸着マスク１の膨張分を、当該引っ張り応力や収縮方向へのテンションで吸収し、膨張による枠体８に対する蒸着マスク１の位置ずれや皺の発生を防ぐことができる。したがって、常温時における被蒸着基板２０に対する蒸着マスク１の整合精度を蒸着窯内における昇温時においても良好に担保でき、被蒸着基板２０に対する蒸着層（発光層）の再現精度の向上に寄与できる。

係る応力の付与は、応力Ｆ１においては、金属層９を形成する際に電鋳槽中に添加する第２種光沢剤中のカーボンの含有比率を調製することによって実現できる。これにより蒸着マスク１（電着層３５）は、金属層９を介して枠体８に対してピンと張った引っ張り応力が作用した状態で張設されるため、蒸着作業時の周囲温度上昇に対しても、枠体８との熱膨張係数の差に伴う蒸着マスク１の膨張を吸収し、さらに蒸着マスク１を保持する枠体８自体が熱膨張しにくいことと相俟って、蒸着マスク１全てが熱による寸法精度のばらつきが生じ難く、発光層の再現精度・蒸着精度の向上に寄与できる。

また、応力Ｆ２においては、蒸着マスク１（電着層３５）を作成する際の電鋳槽の温度（４０〜５０℃）と常温（２０℃）との温度差に起因して、常温時に蒸着マスク１（電着層３５）が収縮するようにすることによって実現できる。より詳しく説明すると、４２アロイやインバー、ＳＵＳ４３０（ステンレス）等の低温膨張係数の素材を母型３０として用いたうえで、４０〜５０℃の電鋳槽内で電着層３５を形成すると、このとき電着金属であるニッケルやニッケル合金等の電着層３５は母型３０よりも膨張率が大きいため母型３０に対して膨張しようとする応力が作用する（尤も、このときの金属層９の膨張は、母型３０により規制される）。しかるに、電鋳槽温度（４０〜５０℃）よりも低い常温（２０℃）においては、電着層３５は内方に収縮しようとし、蒸着マスク１は枠体８に対して引っ張り応力Ｆ２が作用することとなる。これにより蒸着マスク１を、皺の無いピンと張った状態とできるため、蒸着マスク１と枠体８との接着強度をアップさせるための通孔を形成した場合や応力集中を抑えるための蒸着マスク１の角部を面取り状とした場合にはこれと相俟って、蒸着作業時の周囲温度上昇に対しても、枠体８との熱膨張係数の差に伴う蒸着マスク１自体の膨張を吸収し、さらに蒸着マスク１を保持する枠体８自体が熱膨張しにくいことと相俟って、蒸着マスク１が熱による寸法精度のばらつきが生じ難く、発光層の再現精度・蒸着精度の向上に寄与できる。

上記枠体８を配設する際には、フォトレジスト層の粘着性を利用して、母型３０上に枠体８を仮止め固定し、かかる仮止め固定状態で金属層９を形成する電鋳工程を行う形態を採れば、枠体８の仮止めするために接着剤等を使用する形態に比べて、安価に生産性を確保して作れる利点がある。加えて、電着層３５が母型３０上に形成された状態で枠体８を一体化して形成するので、母型３０を利用して枠体８を適正に位置決めすることが容易である。枠体８の材質としては、実施形態に示すインバー材等のような金属材料のほか、できる限り被蒸着基板であるガラス等に近い低熱線膨張係数の材料、例えばガラスやセラミックのようなものを選択することが可能である。

本実施形態においては、図８に示すように、断面形状がストレート状に形成された蒸着通孔５と対向する位置にテーパ部３ａが配置されるように前記テーパ部３ａを有する支持層３をマスク層２上に形成した構成としても良く、特に、テーパ部３ａのテーパがマスク面に対して３０〜６０°となるように設けることが好ましい。これは、蒸着マスクの蒸着通孔がストレート状に形成されたものであると、蒸着方向によっては蒸着通孔周縁によって影の部分ができてしまい、均一な厚みの発光層を得ることが難しい。そこで、蒸着マスク１を上記構成とすれば影ができないので、均一な厚みの発光層が形成でき、したがって、発光層の再現精度が良好なものにできる。なお、蒸着通孔５の断面形状はこれに限らず、テーパ部とテーパ部から成るもの、通孔内面にアールを有するもの等と何でも良く、要は支持層３や蒸着通孔５周縁によって影ができない構成であれば良い。

上記各実施形態において、蒸着マスク１が有する蒸着通孔５のパターンや数は、上記実施形態に示したものに限られない。また、形成された蒸着マスク１を引っ張り状態で、その外周縁に別途ステンレス、アルミ等の固定枠を周知の方法で固定しても良い。ただ、実施形態のごとく枠体８に各マスク本体２が電着金属層９を介してテンションを加えた状態で保持されているような場合、固定枠を必要としない所謂フレームレス化が可能となる。

本発明の実施形態に係る蒸着マスクの斜視図本発明の実施形態に係る蒸着マスクの断面図本発明の実施形態に係る蒸着マスクの製造過程の工程説明図本発明の実施形態に係る蒸着マスクの製造過程の工程説明図本発明の実施形態に係る蒸着マスクの別実施形態を示す断面図本発明の実施形態に係る蒸着マスクの別実施形態を示す断面図本発明の実施形態に係る蒸着マスクの別実施形態を示す断面図本発明の実施形態に係る蒸着マスクの別実施形態を示す断面図本発明の実施形態に係る蒸着マスクの背面図

符号の説明

１蒸着マスク
２マスク層
３支持層
５蒸着通孔
２０被蒸着基板
３０母型
３３、３４パターンレジスト
３３ａ、３４ａレジスト体
３５電着層
３６、３７カバーレジスト

Claims

蒸着通孔５からなる蒸着パターンを備えるマスク層２に低熱線膨張係数の材質から成る支持層３を積層した蒸着マスクであって、前記支持層３は前記蒸着通孔５と重ならないように形成したことを特徴とする蒸着マスク。
前記支持層３は各蒸着通孔５を囲むように形成したことを特徴とする請求項１に記載の蒸着マスク。
前記マスク層２の線膨張係数が前記支持層３の線膨張係数よりも大きいことを特徴とする請求項１又は２に記載の蒸着マスク。
低熱線膨張係数の材質からなる母型３０の一方の面にレジスト体３３ａを有するパターンレジスト３３を形成する工程と、
前記母型３０の他方の面にレジスト体３４ａを有するパターンレジスト３４を形成する工程と、
前記パターンレジスト３３を用いて前記母型３０の一方の面に電着層３５を形成する工程と、
前記パターンレジスト３４を用いて前記母型３０の他方の面をエッチングする工程とを含むことを特徴とする蒸着マスクの製造方法。
前記電着層３５を形成する工程においては、前記母型の熱線膨張係数よりも大きな熱線膨張係数の材質を用いていることを特徴とする請求項４に記載の蒸着マスクの製造方法。