JP2022175723A - 蒸着マスク、蒸着マスクの製造方法、及び、有機電子デバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高い強度を有し、かつ高精細な蒸着を可能にする蒸着マスクを提供し、ひいては高精細な有機電子デバイスを提供する。【解決手段】本発明の蒸着マスクは、半導体材料を含む第１基板を有し、前記第１基板は、少なくとも一部に複数の開口が配された第１領域と、前記第１領域を囲む第２領域とを含み、前記第１領域における前記第１基板の厚さは、前記第２領域における前記第１基板の厚さよりも薄いことを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、蒸着マスク、蒸着マスクの製造方法、及び、有機電子デバイスの製造方法に関するものである。

有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）素子は、自発光型の表示素子である。有機ＥＬ素子は、薄膜を積層した構造を有し、高速応答が可能である。有機ＥＬパネル（複数の有機ＥＬ素子が配された表示パネル）は、軽く、優れた動画表示が可能であり、非常に注目されている。有機ＥＬパネルは、フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）や電子ビューファインダー（ＥＶＦ）用小型ディスプレイ等の表示装置に使用されている。

多くの有機ＥＬパネルは、製造工程に、抵抗加熱式の真空蒸着装置を用いて有機材料を被蒸着基板に蒸着する工程を含む。フルカラーの有機ＥＬパネルでは、微細なＲ（赤色）とＧ（緑色）とＢ（青色）の表示素子を精度良く製造することが必要となる。そのために、メタルマスクなどを用いて、ＲとＧとＢに対応する３種類の有機材料をそれぞれ所望の位置（異なる位置）に蒸着するマスク蒸着法が採用されている。なお、表示素子は画素とも言える。有機ＥＬパネルは自発光型の表示パネルであるため、表示素子は発光素子とも言える。

ここで、より高精細な有機ＥＬパネル（有機電子デバイス）を製造することを考える。その場合には、メタルマスクの高精細化が必要となるため、メタルマスクを薄く、かつ高精度に加工することが必要となる。しかしながら、メタルマスクは、薄くすると、撓み易くなり、張力を掛けたときに生ずる塑性変形が甚大となるため、高精度に加工することが難しい。また、メタルマスクの熱膨張係数は、ガラスやシリコン等からなる被蒸着基板の熱膨張係数と大きく異なるため、蒸着時の加熱などにより、メタルマスクと被蒸着基板との間に無視できないアライメントずれが発生してしまう。

特許文献１には、シリコン基板を蒸着マスクに用いることが開示されている。シリコン基板は、フォトリソグラフィ技術およびドライエッチング技術などの半導体製造技術を用いて加工することができ、数μｍという高い精度で加工することができる。また、シリコン基板の熱膨張係数は被蒸着基板の熱膨張係数と同等であるため、大きなアライメントずれは発生しない。

特開２００５－４２１３３号公報

しかしながら、シリコン基板を用いた従来の蒸着マスクは厚いため、従来の蒸着マスクを用いても、高精細な蒸着を行えず、高精細な有機電子デバイスを製造できない。また、蒸着マスクを薄くすると、強度が足りなくなってしまう。

本発明は、高い強度を有し、かつ高精細な蒸着を可能にする蒸着マスクを提供し、ひいては高精細な有機電子デバイスを提供することを目的とする。

本発明の第１の態様は、半導体材料を含む第１基板を有し、前記第１基板は、少なくとも一部に複数の開口が配された第１領域と、前記第１領域を囲む第２領域とを含み、前記第１領域における前記第１基板の厚さは、前記第２領域における前記第１基板の厚さよりも薄いことを特徴とする蒸着マスクである。

本発明の第２の態様は、第２基板と支持基板とを接合し、前記第２基板を薄くし、第１領域の少なくとも一部において、前記第２基板に複数の開口を形成し、前記第１領域を囲む第２領域を構成し、前記第２基板を支持する外枠基板と、前記第２基板とを接合し、前記支持基板を除去することを特徴とする蒸着マスクの製造方法である。

本発明の第３の態様は、被蒸着基板と対向するように、上述した蒸着マスクを配し、前記蒸着マスクを通して、前記被蒸着基板上に有機材料を蒸着することを特徴とする有機電子デバイスの製造方法である。

本発明によれば、高い強度を有し、かつ高精細な蒸着を可能にする蒸着マスクを提供することができ、ひいては高精細な有機電子デバイスを提供することができる。

第１の実施形態に係る蒸着マスクの断面模式図と平面模式図である。 第１の実施形態に係るマスク基板の断面模式図である。 第１の実施形態に係る別の蒸着マスクの断面模式図と平面模式図である。 第１の実施形態に係る蒸着マスクの製造方法を示す断面模式図である。 第１の実施形態に係るＯＬＥＤの製造工程を示す断面模式図である。 第２の実施形態に係る蒸着マスクの断面模式図と平面模式図である。 従来の蒸着マスクの断面模式図である。

以下に、本発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。但し、本発明は多くの異なる態様で実施することが可能であり、以下に例示する実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。また、図面では、説明をより明確にするため、各部の幅、厚さ、形状等が模式的に表される場合があるが、それらはあくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。

＜従来例＞
本発明の実施形態について説明する前に、従来例について説明する。図７は、従来の蒸着マスクの断面の一例を示す断面模式図である。図７の蒸着マスク７０は、シリコン製の複数のマスク基板７１と、ガラス製の外枠基板７２とで構成されている。複数のマスク基板７１のそれぞれに複数の開口７３を形成した後、複数のマスク基板７１を外枠基板７２に接合する。

複数の開口７３は、フォトリソグラフィ技術およびドライエッチング技術などの半導体製造技術を用いて高精度に形成できるが、マスク基板７１を外枠基板７２に接合する際に、所望の位置からずれてマスク基板７１が接合されることがある。そして、そのずれ量が複数のマスク基板７１の間でばらつくことがある。その結果、複数のマスク基板７１が複数のチップ（例えば、複数の有機電子デバイス）にそれぞれ対応する場合には、複数のチップの間で品質（チップの品質）がばらついてしまう。

蒸着マスク７０は、被蒸着基板７４に対向するように配され、蒸着マスク７０の下側（被蒸着基板１００とは反対の側）にある付図示の蒸着源から飛散した蒸着粒子７５は、蒸
着マスク７０の開口７３を通過し、被蒸着基板７４に到達する。ここで、高精細な有機電子デバイスを製造する場合には、開口７３の幅を小さくする必要がある。しかしながら、図７の例では、蒸着マスク７０が厚いため、幅の小さい開口７３は、蒸着粒子７５の付着によって閉塞してしまう。具体的には、蒸着粒子７５は、蒸着マスク７０に対して垂直な角度だけでなく、様々な角度で飛来する。そして、蒸着マスク１におけるマスク基板７１が厚いと、幅の小さい開口７３は、アスペクト比（深さと幅の比）が大きい長尺の細孔となってしまい、蒸着粒子７５が開口７３を通過し難くなる。そのため、蒸着粒子７５の付着によって開口７３が閉塞し易い。

従って、高精細な有機電子デバイスを製造する場合には、開口７３の幅を小さくするだけでなく、蒸着マスク７０を薄くする必要もある。しかしながら、蒸着マスク７０を全体的に薄くすると、強度が足りなくなり、破損しやすくなる。例えば、蒸着マスク７０の一部が欠けて、パーティクル（異物）となることがある。その結果、有機電子デバイスの歩留まりが低下してしまう。

＜第１の実施形態＞
以下に、本発明の第１の実施形態について説明する。図１（ａ）は、本実施形態に係る蒸着マスク１の断面の一例を示す断面模式図であり、図１（ｂ）は、蒸着マスク１を外枠基板１３（後述）の側から見た平面模式図である。図１（ａ）は、図１（ｂ）の線分Ａ－Ａ’を通り蒸着マスク１に垂直な平面によって得られる断面を示す。

蒸着マスク１は、マスク基板１２（第２基板）と外枠基板１３を有する。マスク基板１２は、単結晶シリコンなどの半導体材料を含んで構成され、第１領域２の少なくとも一部に複数の開口５が配された基板である。具体的には、第１領域２は、複数のチップにそれぞれ対応する複数の画素エリア８を含み、各画素エリア８に複数の開口５が配されている。複数の開口５のそれぞれは、画素に対応する開口であり、画素開口とも言える。外枠基板１３は、第１領域２を囲む第２領域３を構成し、マスク基板１２を支持する基板である。本実施形態では、マスク基板１２は円形状を有し、外枠基板１３は円環形状を有する。そのため、第１領域２は円形状を有し、第２領域３は円環形状を有する。例えば、第２領域３の外形は、１００ｍｍ～３００ｍｍである。

マスク基板１２と外枠基板１３は、１種類の材料で構成されてもよいし、複数種類の材料で構成されてもよい。マスク基板１２と外枠基板１３は、同じ材料で構成されてもよいし、異なる材料で構成されてもよい。マスク基板１２と外枠基板１３の一方は、マスク基板１２と外枠基板１３の他方に含まれない材料を含んでもよい。

例えば、マスク基板１２と外枠基板１３には、シリコン単結晶基板（単結晶シリコンからなる基板）やＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板、ガラス基板などを用いることができる。さらに、外枠基板１３には、金属基板やセラミック基板、樹脂基板などの各種の基板を用いることができる。

マスク基板１２も、絶縁体材料や金属など、半導体材料以外の材料を含んでもよい。例えば、マスク基板１２は、半導体基板の表面の少なくとも一部に絶縁膜や金属膜を積層した構造を有していてもよい。半導体基板の表面は、半導体基板の上面や下面であり、基板面とも言える。図２は、マスク基板１２の断面の一例を示す断面模式図である。図２は、画素エリア８に対応する部分を拡大した図である。図２に示すように、マスク基板１２の上（外枠基板１３の側とは反対の側の端）に、絶縁体材料である樹脂材料からなる保護層２４（絶縁層）が塗布されていてもよい。図２では、マスク基板１２と保護層２４を異なる部材として図示しているが、保護層２４をマスク基板１２の一部として捉えてもよい。

保護層２４の材料としては、被蒸着基板１１（後述）やマスク基板１２よりも硬度が低い材料を用いることができる。例えば、保護層２４の材料として、接着剤やレジストなどの高分子材料を用いることができる。ドライエッチングで残ったレジスト残渣などで保護層２４が構成されてもよい。

保護層２４を設けることにより、被蒸着基板１１とマスク基板１２が直接接触することによる発塵を低減する効果が得られる。また、衝撃に弱いマスク基板１２を、衝撃力を吸収することで守る効果も得られる。

ここで、マスク基板１２は外枠基板１３よりも薄くされている。例えば、マスク基板１２の厚さは１μｍ～１００μｍであり、外枠基板１３の厚さは１００μｍ～７７５μｍである。

マスク基板１２が薄いため、開口５の幅を小さくしても、開口５は、アスペクト比（深さと幅の比）が大きい長尺の細孔とはならず、閉塞し難い状態を維持する。つまり、マスク基板１２を薄くしたことにより、蒸着粒子による開口５の閉塞を抑制することができる。

そして、外枠基板１３を厚くしたことにより、蒸着マスク１の強度の大幅な低下を抑制することもできる。例えば、外枠基板１３を厚くしたことにより、外枠基板１３の強度を上げて、外枠基板１３を変形し難くすることができる。そして、外枠基板１３が変形し難いことで、外枠基板１３によって支持されるマスク基板１２も変形し難くなり、マスク基板１２の破損を抑制することができる。

つまり、本実施形態によれば、高い強度を有し（応力や加熱などによる変形を抑制し）、かつ高精細な蒸着を可能にする蒸着マスクを提供することができる。ひいては、本実施形態に係る蒸着マスクを用いて、高精細な有機電子デバイスを、歩留まりよく提供（製造）することができる。また、本実施形態によれば、複数のチップにそれぞれ対応する複数の画素エリア８が１枚のマスク基板１２の領域となっているため、複数のチップの間での品質（チップの品質）のばらつきを抑制することもできる。

なお、マスク基板１２と外枠基板１３は一体であってもよい。例えば、図３に示すように、外枠基板１３がマスク基板１２の一部となっていてもよい。図３では、マスク基板１２（第１基板）の領域が第１領域２と第２領域３を含み、マスク基板１２は、第１領域２において、第２領域３よりも薄くなっている。このような構成であっても、上述した効果と同様の効果を得ることができる。

図４（ａ）～４（ｉ）を用いて、蒸着マスク１の製造方法について説明する。図４（ａ）～４（ｉ）は、蒸着マスク１の製造方法を示す模式図であり、図１（ａ）と同様の断面模式図である。

まず、図４（ａ）に示すように、支持基板２５の下面に剥離層２６を塗布する。また、図４（ｂ）に示すように、マスク基板１２の上面に接着剤２７を塗布する。ここでのマスク基板１２は厚く、後の工程で薄くされる。接着剤２７を塗布する前に、マスク基板１２の上面に対して、外周部を削るエッジトリミングを実施しておく。そして、図４（ｃ），４（ｄ）に示すように、マスク基板１２の上面と支持基板２５の下面とを接合する。マスク基板１２の上面と支持基板２５の下面は、剥離層２６を挟んで、接着剤２７により接合される。剥離層２６を挟むことで、後の工程で、支持基板２５を除去しやすくなる。

次に、図４（ｅ）に示すように、支持基板２５を保持しながら、マスク基板１２を薄く
する。例えば、裏面研磨（バックグラインド）あるいは化学的機械的研磨（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈ：ＣＭＰ）でマスク基板１２を薄くする。そして、図４（ｆ）に示すように、薄くなったマスク基板１２に複数の開口５を形成する。複数の開口５は、図１（ａ），１（ｂ）に示す第１領域２の少なくとも一部に形成される。複数の開口５は、例えばフォトリソグラフィとエッチングによって形成される。開口５の幅は、例えば０．５μｍ～１００μｍの範囲で自由に選択することができる。開口５の形状は、例えば四角形状や円形状、多角形状、その他の任意の形状などから自由に選択することができる。

次に、図４（ｇ），４（ｈ）に示すように、マスク基板１２の下面と外枠基板１３の上面とを接着剤２８で接合する。外枠基板１３は、予め円環形状に加工されている。例えば、外枠基板１３は、シリコン基板またはガラス基板を、フォトリソグラフィを用いたドライエッチングあるいはウェットエッチングで加工して得られた基板である。外枠基板１３は、メタル基板、セラミック基板、または、樹脂基板に対して、切削や研磨などの機械加工を行って得られた基板であってもよい。

接着剤２８は、接着剤２７と同じものであってもよいし、異なっていてもよい。マスク基板１２が薄いため、接着剤２８をマスク基板１２よりも薄く塗布することが好ましい。例えば、数μｍの厚さで接着剤２８を塗布することが好ましい。マスク基板１２の厚さが１０μｍである場合には接着剤２８の厚さは１μｍ～３μｍであることが好ましい。

マスク基板１２と外枠基板１３との接合は、接着剤接合に限られず、Ｃｕ－Ｃｕプラグ接合などのメタル接合、プラズマ活性化接合、原子拡散接合などの各種の接合から自由に選択することができる。蒸着マスク１が加熱されると、外枠基板１３が熱膨張することにより、マスク基板１２を外周方向に引っ張る力が発生する。そのため、外枠基板１３とマスク基板１２との接合面の接着強度は高いことが好ましい。例えば、マスク基板１２と外枠基板１３との接合は、比較的高い接着強度を得られるメタル接合などであることが好ましい。

最後に、図４（ｉ）に示すように、支持基板２５とマスク基板１２と外枠基板１３との接合体（積層体）から、支持基板２５を除去（剥離）する。支持基板２５は、剥離層２６を利用して剥離される。例えば、紫外線（ＵＶ）や赤外線（ＩＲ）の照射による剥離層２６の樹脂変質を利用して支持基板２５を剥離する。加熱による剥離層２６の樹脂発泡を利用して支持基板２５を剥離してもよい。剥離層２６を利用せずに、支持基板２５を機械加工やバックグラインドで切削して除去してもよい。

有機電子デバイスの一例であるＯＬＥＤ（Ｏｒｇａｎｉｃ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）の製造工程の一部について、図５を用いて説明する。図５は、ＯＬＥＤの製造工程（一部）を示す模式図であり、図１（ａ）と同様の断面模式図である。図５は、蒸着マスク１を通して被蒸着基板上に有機材料を蒸着する工程を示す。

図５に示すように、被蒸着基板１１の下面に蒸着マスク１の上面が対向するように、蒸着マスク１を配する。蒸着マスク１は、マスクホルダ２１に固定され、マスクホルダ２１を動かすことで、蒸着マスク１を幅Ｘ方向、奥行きＹ方向、及び、高さＺ方向の３方向に動かすことができる。被蒸着基板１１に対する蒸着マスク１の位置合わせの後、蒸着マスク１の下側（被蒸着基板１１とは反対の側）にある付図示の蒸着源を加熱して、蒸着源から蒸着粒子１０を飛散させる。飛散した蒸着粒子１０は、蒸着マスク１の開口５を通過し、被蒸着基板１１に到達する。以上により、被蒸着基板１１に蒸着粒子１０が蒸着する。

ここで、蒸着粒子１０は有機発光材料であり、例えば、Ｒ（赤色）で発光する有機材料
、Ｇ（緑色）で発光する有機材料、及び、Ｂ（青色）で発光する有機材料のそれぞれを選んで蒸着粒子１０とすることができる。この場合には、上記３種類の有機材料をそれぞれ所望の位置（異なる位置）に蒸着（成膜）する必要がある。そのため、ＲとＧとＢにそれぞれ対応する３つの蒸着マスク１、具体的には開口５の位置が異なる３つの蒸着マスク１を用いる。

なお、発光色が異なる複数の有機材料を蒸着する例を説明したが、そうでなくてもよい。例えば、白色で発光する有機材料のみを蒸着粒子１０とし、カラーフィルタによって白色光を赤色光や緑色光や青色光に変化させる構成を有するＯＬＥＤを製造してもよい。その場合には、画素エリア８に、当該画素エリア８と略同サイズの１つの開口が配されていてもよい。そのような開口の幅は、例えば、０．１ｍｍ～１００ｍｍの範囲で自由に選択することができる。

＜第２の実施形態＞
以下に、本発明の第２の実施形態について、図６（ａ）～６（ｃ）を用いて説明する。図６（ａ）は、図１（ａ）と同様に、本実施形態に係る蒸着マスク１の断面の一例を示す断面模式図である。図６（ｂ），６（ｃ）は図１（ａ）と同様の平面模式図であり、図６（ｂ）は、本実施形態に係る外枠基板１３の平面模式図であり、図６（ｃ）は、本実施形態に係るマスク基板１２の平面模式図である。図６（ａ）～６（ｃ）に示すように、本実施形態に係るマスク基板１２は、第１の実施形態と同様の構成を有するが、本実施形態に係る外枠基板１３は、第１の実施形態と異なる構成を有する。

本実施形態に係る外枠基板１３は、第２領域３を構成する環形状の外枠部１９と、第１領域２に配された梁部２０とを有する。本実施形態では、複数の梁部２０が交差して格子を形成している。なお、図６（ａ）～６（ｃ）では外枠部１９の形状を円環形状としているが、外枠部１９の形状は、矩形の環形状など、他の環形状であってもよい。また、梁部２０の数は特に限定されない（１つでもよい）。複数の梁部２０が全て同じ方向に伸びていてもよい。つまり、複数の梁部２０が短冊状に並んでいてもよい。

梁部２０は、隣り合う画素エリア８間に配されており、第１領域２を、各々が１つ以上の画素エリア８を含む複数の領域に区分する。例えば、梁部２０は、複数のチップをダイシングするための領域（ダイシングライン）に対応する部分や、駆動回路や周辺回路の領域に対応する部分などに配されている。

本実施形態でも、外枠基板１３がマスク基板１２よりも厚いことで、第１の実施形態と同様に、高い強度を有し（応力や加熱などによる変形を抑制し）、かつ高精細な蒸着を可能にする蒸着マスク１を提供することができる。さらに、本実施形態では、外枠基板１３により、マスク基板１２の外周部だけでなく、マスク基板１２の第１領域２も支持される。具体的には、外枠部１９がマスク基板１２の外周部を支持し、梁部２０がマスク基板１２の第１領域２を支持する。これにより、蒸着マスク１の強度を高めることができる。

１：蒸着マスク ２：第１領域 ３：第２領域 ５：開口
１２：マスク基板 １３：外枠基板

Claims (19)

1. 半導体材料を含む第１基板を有し、
   前記第１基板は、少なくとも一部に複数の開口が配された第１領域と、前記第１領域を囲む第２領域とを含み、
   前記第１領域における前記第１基板の厚さは、前記第２領域における前記第１基板の厚さよりも薄い
   ことを特徴とする蒸着マスク。
2. 前記第１基板は、
   半導体材料を含み、前記第１領域の少なくとも一部に前記複数の開口が配された第２基板と、
   前記第１領域を囲む第２領域を構成し、前記第２基板を支持する外枠基板と
   を有し、
   前記第２基板が前記外枠基板よりも薄い
   ことを特徴とする請求項１に記載の蒸着マスク。
3. 前記第２基板は、前記外枠基板に含まれない材料を含む
   ことを特徴とする請求項２に記載の蒸着マスク。
4. 前記第２基板及び前記外枠基板は、いずれも単結晶シリコンを含む
   ことを特徴とする請求項２に記載の蒸着マスク。
5. 前記第２基板は単結晶シリコンを含み、
   前記外枠基板はガラスを含む
   ことを特徴とする請求項３に記載の蒸着マスク。
6. 前記第２基板は単結晶シリコンを含み、
   前記外枠基板は金属を含む
   ことを特徴とする請求項３に記載の蒸着マスク。
7. 前記第２基板は絶縁体材料を含む
   ことを特徴とする請求項２～６のいずれか１項に記載の蒸着マスク。
8. 前記第２基板は絶縁層を含む
   ことを特徴とする請求項７に記載の蒸着マスク。
9. 前記絶縁層は、前記外枠基板の側とは反対の側の端に設けられた保護層である
   ことを特徴とする請求項８に記載の蒸着マスク。
10. 前記第２基板は金属を含む
    ことを特徴とする請求項２～９のいずれか１項に記載の蒸着マスク。
11. 前記外枠基板は円環形状を有する
    ことを特徴とする請求項２～１０のいずれか１項に記載の蒸着マスク。
12. 前記外枠基板は、
    前記第２領域を構成する環形状の外枠部と、
    前記第１領域に配された梁部と、
    を有する
    ことを特徴とする請求項２～１０のいずれか１項に記載の蒸着マスク。
13. 前記第１領域は、各々に前記第２基板の複数の開口が配された複数の第３領域を含み、
    前記梁部は、前記第１領域を、各々が１つ以上の第３領域を含む複数の領域に区分することを特徴とする請求項１２に記載の蒸着マスク。
14. 前記第１領域は円形状を有し、
    前記第２領域は円環形状を有する
    ことを特徴とする請求項１～１３のいずれか１項に記載の蒸着マスク。
15. 第２基板と支持基板とを接合し、
    前記第２基板を薄くし、
    第１領域の少なくとも一部において、前記第２基板に複数の開口を形成し、
    前記第１領域を囲む第２領域を構成し、前記第２基板を支持する外枠基板と、前記第２基板とを接合し、
    前記支持基板を除去する
    ことを特徴とする蒸着マスクの製造方法。
16. 前記第２基板と前記支持基板とは剥離層を挟んで接合される
    ことを特徴とする請求項１５に記載の製造方法。
17. 前記第２基板と前記外枠基板とは、前記第２基板よりも薄く塗布された接着剤で接合される
    ことを特徴とする請求項１５または１６に記載の製造方法。
18. 前記第２基板と前記外枠基板とは、メタル接合、プラズマ活性化接合、または、原子拡散接合により接合される
    ことを特徴とする請求項１５または１６に記載の製造方法。
19. 被蒸着基板と対向するように、請求項１～１４のいずれか１項に記載の蒸着マスクを配し、
    前記蒸着マスクを通して、前記被蒸着基板上に有機材料を蒸着する
    ことを特徴とする有機電子デバイスの製造方法。

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