JP4624824B2 - Metal mask manufacturing method and metal mask - Google Patents
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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。 The present invention relates to a metal mask manufacturing method and a metal mask used at the time of vapor deposition such as when manufacturing an organic EL display.
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)。 A well-known organic EL display is a display that displays when an organic light emitting layer sandwiched between a cathode electrode and an anode electrode emits light. The organic light emitting layer includes a low molecular weight material and a high molecular weight material. The organic light emitting layer of a low molecular material is formed by vacuum deposition (see Non-Patent Document 1).
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。 Vapor deposition is performed by placing a mask sheet having an opening on the surface of a substrate such as glass. The organic material that has passed through the opening is deposited on the substrate.
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。
As shown in FIG. 7, the
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。
In order to manufacture a
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。
Further, when the position of the
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。
Further, when the
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。 An object of the present invention is to provide a metal mask manufacturing method and a metal mask that can correct the position of the opening even after the mask sheet is fixed to the frame. It is another object of the present invention to provide a metal mask manufacturing method and a metal mask capable of suppressing variations in tension of the metal mask.
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、前記マスクシートに対して、パルスレーザーを照射して、前記マスクシートの表面を非晶質化、前記マスクシートの表面に金属酸化物を生成、またはその両方をおこなうことによって、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。 The method of manufacturing a metal mask according to the present invention includes a step of fixing an end portion of a mask sheet having a plurality of openings to a frame, and irradiating the mask sheet with a pulsed laser so that the surface of the mask sheet is non-coated. Crystallizing, generating a metal oxide on the surface of the mask sheet, or both, and contracting the mask sheet to move the position of the opening.
前記パルスレーザーのパルス幅は1ns〜1msであることが好ましい。 The pulse width of the pulse laser is preferably 1 ns to 1 ms.
前記パルス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。 The pulse laser irradiation is preferably performed on a part of the mask sheet.
前記マスクシートに前記パルス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。 It is preferable that the tension applied to the mask sheet is greater after the mask sheet is irradiated with the pulse laser than before.
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。 In the present invention, since the position of the opening can be adjusted after the mask sheet is fixed to the frame, a metal mask with high dimensional accuracy can be easily manufactured. Moreover, wrinkles can be prevented from occurring by suppressing variations in the tension of the mask sheet or by partially adjusting the tension.
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。
A metal mask manufacturing method and a metal mask according to the present invention will be described with reference to the drawings. First, the manufacturing method of the
(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。
(1) As shown in FIG. 1A, a
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。
The
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。
In the fixing in (2) above, the
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。
The
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。
In many cases, irradiation of the
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。
The
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。
The reason why the
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。
As the
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。
When the
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。
As described above, the
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。
Next, an experimental result when the
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。
If the amount of contraction of the
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。
For example, as shown in FIG. 4, the
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。
As described above, by optimizing the position and intensity of laser irradiation, it is possible to highly correct misalignment, and the
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。
As mentioned above, although this invention was demonstrated, this invention is not limited to embodiment mentioned above. For example, the form when the mask sheet is fixed to the frame may be as shown in FIG. The first side 22a of the frame is different from the
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。
The first side 22a includes first and second plate-
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。
The
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。
The
(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。
(D) The end portion of the
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。
The tension applied to the
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。
The first side 22a is used for fixing the
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。
The
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。
In addition, the present invention can be implemented with various improvements, modifications, and changes based on the knowledge of those skilled in the art without departing from the spirit of the present invention.
For example, when a layer made of a material that easily absorbs laser light is formed on the surface of the
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
10: Metal mask 12: Mask sheet 14: Frame 16: Laser source 18: Laser
Claims (4)
前記マスクシートに対して、パルスレーザーを照射して、前記マスクシートの表面を非晶質化、前記マスクシートの表面に金属酸化物を生成、またはその両方をおこなうことによって、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。 Fixing the edge of the mask sheet having a plurality of openings to the frame;
The mask sheet is shrunk by irradiating the mask sheet with a pulsed laser to make the surface of the mask sheet amorphous, generate a metal oxide on the surface of the mask sheet, or both. And moving the position of the opening,
A method of manufacturing a metal mask including:
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