JP5379717B2 - Evaporation mask - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、蒸着やスパッタリングなどによる成膜時に用いられるマスク（以下、「蒸着用マスク」という）に関し、特に有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）素子を製造する際に用いられる蒸着用マスクに関する。 The present invention relates to a mask (hereinafter referred to as an “evaporation mask”) used in film formation by vapor deposition or sputtering, and more particularly to an evaporation mask used when manufacturing an organic EL (Electro Luminescence) element.
従来、この種の蒸着用マスクとしては、金属製のマスク基板にフォトリソ工程にて所定寸法のマスクパターンを形成したものがある。このようにして製造された蒸着用マスクは、被蒸着基板の蒸着側表面から所定の間隔を隔てた位置にセットされ、当該マスクを介して蒸着源から飛散させた蒸着材料を被蒸着基板に到達させることで、蒸着材料を所定のパターンで被蒸着基板の表面に蒸着させるために用いられる。
ところで、蒸着用マスクの厚みは、本来、蒸着パターンの精細化のためには薄ければ薄いほど望ましい。なぜなら、図３に示したように、蒸着用マスク１１の厚みが厚ければ厚いほど、蒸着源側の開口部の端部１５は、蒸着源３との位置関係において、被蒸着基板２の表面への蒸着源３から飛散させた蒸着材料４の到達の支障となり、被蒸着基板２の表面に生じる影Ｘが大きくなるので、被蒸着基板２の表面に形成される蒸着被膜の膜厚の不均一性が顕著になり、蒸着パターンの精細度に悪影響を及ぼすからである。
しかし、蒸着用マスクの厚みを薄くすれば、その機械的強度が低下することで撓みの問題が発生し、今度はこれに起因して被蒸着基板の表面に形成される蒸着被膜の膜厚が不均一となる。
従って、蒸着用マスクの厚みを薄くすることには限度があり、一般に、蒸着用マスクの厚みは少なくとも５０μｍ程度は必要とされている。
Conventionally, as this kind of vapor deposition mask, there is one in which a mask pattern having a predetermined dimension is formed on a metal mask substrate by a photolithography process. The vapor deposition mask thus manufactured is set at a position spaced from the vapor deposition side surface of the vapor deposition substrate by a predetermined distance, and the vapor deposition material scattered from the vapor deposition source through the mask reaches the vapor deposition substrate. Thus, the vapor deposition material is used for vapor deposition on the surface of the vapor deposition substrate in a predetermined pattern.
By the way, the thickness of the vapor deposition mask is originally desirably as thin as possible in order to refine the vapor deposition pattern. This is because, as shown in FIG. 3, the thicker the
However, if the thickness of the vapor deposition mask is reduced, the mechanical strength is reduced, which causes a problem of bending. This time, the film thickness of the vapor deposition film formed on the surface of the vapor deposition substrate is reduced. It becomes non-uniform.
Accordingly, there is a limit to reducing the thickness of the vapor deposition mask, and generally, the thickness of the vapor deposition mask is required to be at least about 50 μm.
以上のような問題を解決する方法として、例えば、下記の特許文献１において、単一のシリコン薄膜からなるマスク層と、そのマスク層に形成され、蒸着源側に向かって開口幅が広がる形状のマスク開口部を有するマスクパターンとを備えた蒸着用マスクが提案されている。この蒸着用マスクによれば、マスク開口部を蒸着源側に向かって開口幅が広がる形状としていることから被蒸着基板の表面に生じる影Ｘを小さくすることができる点において優れている。しかし、蒸着用マスクとしての機械的強度を確保するためにはその厚みは少なくとも１０μｍは必要とされているので、やはり厚みを薄くすることには限度があり、この蒸着用マスクをもってしても上記の問題が解決されたとは言い難い。
As a method for solving the above problems, for example, in
そこで本発明は、従来の蒸着用マスクに比較して蒸着パターンの精細化をより推進することができる蒸着用マスクを提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a vapor deposition mask that can further promote the refinement of vapor deposition patterns as compared with conventional vapor deposition masks.
本発明は、以上の背景に基づいてなされたものであり、本発明の蒸着用マスクは、請求項１記載の通り、Ｆｅ−Ｎｉ系やＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系の低熱膨張率の合金箔からなる膜厚２０μｍ〜１００μｍの第１の層と、この合金箔とエッチング特性が異なる成分の金属箔からなる膜厚０．０１μｍ〜１μｍの第２の層との積層構造を有し、第１の層の内部に第２の層を構成する金属成分の熱拡散傾斜組成領域を備え、第２の層に蒸着用のマスクパターンとなる所定寸法の開口部が形成され、第２の層に形成された開口部に対応する第１の層の部分が、第２の層に形成された開口部よりも表面に向かって幅広に穿孔されて貫通孔が設けられている、第１の層の表面が蒸着源に面するようにして用いる、蒸着材料を所定のパターンで被蒸着基板の表面に蒸着させるための蒸着用マスクである。
また、請求項２記載の蒸着用マスクは、請求項１記載の蒸着用マスクにおいて、第２の層がＴｉ，Ｎｉ，Ｓｉ，Ａｌ，Ｃｒ，Ｔａ，Ｃｏ，Ｐｄ，Ａｕ，Ａｇ，Ｍｏ，Ｗ，Ｎｂから選ばれる少なくとも１種を含有する金属被膜である。
また、請求項３記載の蒸着用マスクは、請求項１または２記載の蒸着用マスクにおいて、第２の層が第１の層の表面に気相めっき法または湿式めっき法で形成されたものである。
また、請求項４記載の蒸着用マスクは、請求項１乃至３のいずれかに記載の蒸着用マスクにおいて、第２の層が第１の層の表面に積層形成された後または第２の層の第１の層の表面への積層形成中に熱処理が施されることにより、第１の層の内部に第２の層を構成する金属成分の熱拡散傾斜組成領域を形成したものである。
また、請求項５記載の蒸着用マスクは、請求項１乃至４のいずれかに記載の蒸着用マスクにおいて、第２の層に形成された前記開口部の大きさと、第１の層に形成された貫通孔の第２の層側の開口部の大きさとが一致することを特徴とする。
The present invention has been made on the basis of the above background, and the vapor deposition mask of the present invention is an Fe-Ni-based or Fe-Ni-Co-based low thermal expansion alloy foil as described in
The vapor deposition mask according to
The vapor deposition mask according to
The vapor deposition mask according to
The vapor deposition mask according to claim 5 is the vapor deposition mask according to any one of
本発明によれば、従来の蒸着用マスクに比較して蒸着パターンの精細化をより推進することができる蒸着用マスクが提供される。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the vapor deposition mask which can promote refinement | miniaturization of a vapor deposition pattern more compared with the conventional vapor deposition mask is provided.
本発明の蒸着用マスクは、Ｆｅ−Ｎｉ系やＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系の低熱膨張率の合金箔からなる第１の層と、この金属箔とエッチング特性が異なる成分からなる第２の層との積層構造を有し、第２の層に所定寸法のマスクパターンが形成され、第２の層に形成された個々の開口部に対応する第１の層の部分が、第２の層に形成された開口部よりも表面に向かって幅広に穿孔されて貫通孔が設けられている、第１の層の表面が蒸着源に面するようにして用いる、蒸着材料を所定のパターンで被蒸着基板の表面に蒸着させるための蒸着用マスクである。
本発明の蒸着用マスクにおいて、マスク本来の機能を担っているのは第２の層であり、第１の層は、第２の層が担っているマスク本来の機能を損なわしめることなく蒸着用マスクの機械的強度を確保するための機能を担っている。図１に示したように、本発明の蒸着用マスク１においては、第２の層１ｂに形成された所定寸法のマスクパターンにおける開口部に対応する第１の層１ａの部分が、第２の層１ｂに形成された開口部よりも表面に向かって幅広に穿孔されて貫通孔が設けられているので、その端部が、蒸着源３との位置関係において、被蒸着基板２の表面への蒸着源３から飛散させた蒸着材料４の到達の支障となることがない。従って、被蒸着基板２の表面に生じる影Ｘの大きさは、第２の層１ｂの膜厚にのみ影響を受けるところ、蒸着用マスク１の機械的強度は第１の層１ａにより確保されているので、第２の層１ｂの膜厚をその機械的強度を考慮することなく薄くすることができることから、従来の蒸着用マスクを用いた場合に比較して被蒸着基板２の表面に生じる影Ｘの大きさを小さくすることができる。従って、被蒸着基板２の表面に形成される蒸着被膜の膜厚の均一性を向上することが可能となり、蒸着パターンの精細化をより推進することができる。
The vapor deposition mask of the present invention includes a first layer made of an Fe-Ni-based or Fe-Ni-Co-based low thermal expansion alloy foil, and a second layer made of a component having different etching characteristics from the metal foil. A mask pattern having a predetermined dimension is formed on the second layer, and a portion of the first layer corresponding to each opening formed in the second layer is formed on the second layer. A substrate to be vapor-deposited in a predetermined pattern is used so that the surface of the first layer faces the vapor deposition source. It is a vapor deposition mask for making it vapor-deposit on the surface of this.
In the vapor deposition mask of the present invention, it is the second layer that has the original function of the mask, and the first layer is for vapor deposition without impairing the original function of the mask that the second layer has. It is responsible for ensuring the mechanical strength of the mask. As shown in FIG. 1, in the
第１の層を構成する低熱膨張率の金属箔としては、例えば、Ｆｅ−Ｎｉ系やＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系のインバー合金箔などが好適に用いられる。第１層の厚さは特に限定されるものではないが、厚くしすぎた場合には、第２の層に形成された開口部に対応する部分を第２の層に形成された開口部よりも表面に向かって幅広に穿孔して貫通孔を設けても、その端部が、蒸着源との位置関係において、被蒸着基板の表面への蒸着源から飛散させた蒸着材料の到達の支障となるおそれが生じる反面、薄くしすぎた場合には、蒸着用マスクの機械的強度を確保することができなくなるおそれがあることから、２０μｍ〜１００μｍとする。 For example, an Fe-Ni-based or Fe-Ni-Co-based Invar alloy foil is preferably used as the low thermal expansion metal foil constituting the first layer. The thickness of the first layer is not particularly limited, but if it is too thick, the portion corresponding to the opening formed in the second layer is made more than the opening formed in the second layer. Even if the through-hole is provided by drilling wide toward the surface, the end portion of the vapor deposition material scattered from the vapor deposition source to the surface of the vapor deposition substrate in the positional relationship with the vapor deposition source On the other hand, if it is too thin, the mechanical strength of the vapor deposition mask may not be ensured, so the thickness is set to 20 μm to 100 μm .
第１の層を構成するＦｅ−Ｎｉ系やＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系の低熱膨張率の合金箔とエッチング特性が異なる成分からなる第２の層としては、例えば、Ｔｉ，Ｎｉ，Ｓｉ，Ａｌ，Ｃｒ，Ｔａ，Ｃｏ，Ｐｄ，Ａｕ，Ａｇ，Ｍｏ，Ｗ，Ｎｂから選ばれる少なくとも１種を含有する金属被膜が挙がられる。このような金属被膜は、自体公知のスパッタリングや蒸着やイオンプレーティングなどの気相めっき法や、湿式めっき法により第１の層の表面に積層形成することができる。第１の層の表面に第２の層を積層形成するに際しては、まず、スパッタエッチングやイオンガン洗浄などの物理的洗浄方法、反応性イオンエッチングやプラズマ洗浄やラジカル還元洗浄などの化学的洗浄方法、これらの組合せによる洗浄方法などにより第１の層の表面洗浄を行った後、直ちに真空中でその表面に第２の層を積層形成することが、第１の層と第２の層の密着性を高めるためや第１の層の表面酸化を防止するためなどから望ましい。中でも、物理的洗浄方法により第１の層の表面洗浄を行った後、これを大気中に晒すことなく直ちに気相めっき法によりその表面に第２の層を積層形成する方法が好適である。このような方法を採用すれば、後述するような、本発明の蒸着用マスクを製造するための第１の層と第２の層からなる構造体に熱処理を行うことによる、第１の層の内部への第２の層を構成する金属成分の熱拡散傾斜組成領域の形成が容易になる。第２の層の膜厚は、０．０１μｍ〜１μｍである。蒸着パターンの精細度を高めるためには第２の層の膜厚は薄ければ薄いほど望ましいが、下限値を０．０１μｍと規定するのは、この膜厚を下回ると所定寸法のマスクパターンを形成することが困難になるからばかりでなく、後述するような、第１の層の穿孔を行う際のオーバーエッチングに対するエッチング防止膜としての機能を十分に達成できなくなるおそれがあるからである。 Examples of the second layer made of a component having different etching characteristics from the Fe-Ni-based or Fe-Ni-Co-based low thermal expansion alloy foil constituting the first layer include Ti, Ni, Si, Al, Examples of the metal coating include at least one selected from Cr, Ta, Co, Pd, Au, Ag, Mo, W, and Nb. Such a metal film can be formed on the surface of the first layer by a known vapor deposition method such as sputtering, vapor deposition, or ion plating, or a wet plating method. In forming the second layer on the surface of the first layer, first, a physical cleaning method such as sputter etching or ion gun cleaning, a chemical cleaning method such as reactive ion etching, plasma cleaning or radical reduction cleaning, After the surface of the first layer is cleaned by a cleaning method based on a combination of these, the second layer is immediately formed on the surface in a vacuum in order to adhere the first layer and the second layer. This is desirable for increasing the thickness of the first layer and preventing surface oxidation of the first layer. In particular, a method of laminating and forming the second layer on the surface of the first layer by vapor phase plating without exposing it to the atmosphere after performing the surface cleaning of the first layer by a physical cleaning method is preferable. If such a method is adopted, the first layer formed by performing heat treatment on the structure composed of the first layer and the second layer for manufacturing the evaporation mask of the present invention as will be described later. The formation of the thermal diffusion gradient composition region of the metal component constituting the second layer inside becomes easy. The film thickness of the second layer is 0.01 μm to 1 μm. In order to increase the definition of the vapor deposition pattern, it is desirable that the thickness of the second layer is as small as possible. However, the lower limit value is defined as 0.01 μm. This is not only because it becomes difficult to form, but also because there is a possibility that the function as an anti-etching film against over-etching when the first layer is perforated as described later may not be sufficiently achieved.
蒸着用マスクの製造方法（貫通孔の形成方法）の一例の概略を図２に示す。
まず、Ｆｅ−Ｎｉ系やＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系の低熱膨張率の合金箔からなる第１の層１ａと、この合金箔とエッチング特性が異なる成分からなる第２の層１ｂからなる構造体の、第１の層１ａの表面に、レジスト膜ｒ１を形成し、後の工程において第２の層１ｂに形成する所定寸法のマスクパターンと同じマスクパターンを第１の層１ａに形成することができるパターニングをレジスト膜ｒ１に行う（図２Ａ）。
次に、第２の層１ｂの表面にレジスト膜ｒ２を形成してその表面を保護した後、第１の層１ａに応じたエッチャントを用いてオーバーエッチングを行い、第１の層１ａの穿孔を行う（図２Ｂ）。第１の層１ａの穿孔を精度よく行うとともに、形成された穿孔部の底部の大きさが、後の工程において第２の層１ｂに形成する所定寸法のマスクパターンにおける開口部の大きさよりも同じかそれ以上に大きいものにするためには、オーバーエッチングは２０％〜８０％行うことが望ましい。第１の層１ａと第２の層１ｂからなる構造体に熱処理を行い、第１の層１ａの内部に第２の層１ｂを構成する金属成分の熱拡散傾斜組成領域を形成しておけば、第１の層１ａの穿孔を行う際、第１の層１ａの内部に形成された熱拡散傾斜組成領域は、第２の層１ｂに面している側から表面に向かって傾斜組成を持つので、第１の層１ａのエッチング特性が、第２の層１ｂに向かって徐々にエッチャントに対する耐性を持つように変化する。従って、第１の層１ａの内部への第２の層１ｂを構成する金属成分の熱拡散を進行させることで、第２の層１ｂの膜厚を薄くすることが可能になる。第１の層１ａの内部に第２の層１ｂを構成する金属成分の熱拡散傾斜組成領域を形成するための第１の層１ａと第２の層１ｂからなる構造体の熱処理は、例えば、窒素ガスやアルゴンガスなどの不活性ガスの雰囲気中や真空中で行えばよい。また、このような熱処理は、第２の層１ｂの第１の層１ａの表面への積層形成中に同時に行ってもよい。
次に、第１の層１ａの表面に形成したレジスト膜ｒ１と、第２の層１ｂの表面に形成したレジスト膜ｒ２を除去した後、第２の層１ｂの表面にレジスト膜ｒ３を形成し、第１の層１ａに形成された個々の穿孔部と第２の層１ｂに形成される開口部が一致する位置関係となるように所定寸法のマスクパターンを第２の層１ｂに形成するためのパターニングをレジスト膜ｒ３に行う（図２Ｃ）。
最後に、第１の層１ａの表面にレジスト膜を形成してその表面を保護してから、第２の層１ｂに応じたエッチャントを用いてエッチングを行った後、第１の層１ａの表面に形成したレジスト膜と、第２の層１ｂの表面に形成したレジスト膜ｒ３を除去すれば、第２の層１ｂに所定寸法のマスクパターンが形成され、第２の層１ｂに形成された個々の開口部に対応する第１の層１ａの部分が、第２の層１ｂに形成された開口部よりも表面に向かって幅広に穿孔されて貫通孔が設けられた本発明の蒸着用マスク１が得られる（図２Ｄ）。
なお、上記の本発明の蒸着用マスクの製造方法における個々の工程については、自体公知のフォトリソ工程によって行うことができる。
FIG. 2 shows an outline of an example of a method for manufacturing a deposition mask (a method for forming a through hole).
First, a structure composed of a
Next, after a resist film r2 is formed on the surface of the
Next, after removing the resist film r1 formed on the surface of the
Finally, after forming a resist film on the surface of the
In addition, about each process in the manufacturing method of the said evaporation mask of this invention, it can carry out by a publicly known photolithography process.
なお、上記の製造方法は、第１の層の穿孔を先に行ってから第２の層に所定寸法のマスクパターンを形成するものであるが、先に第２の層に所定寸法のマスクパターンを形成してから第１の層の穿孔を行うようにしてもよい。 In the above manufacturing method, the first layer is first perforated and then a mask pattern having a predetermined dimension is formed on the second layer. However, a mask pattern having a predetermined dimension is formed on the second layer first. Alternatively, the first layer may be perforated.
以下、本発明の蒸着用マスクを実施例に基づいて説明するが、本発明は以下の記載に何ら限定して解釈されるものではない。 Hereinafter, although the vapor deposition mask of this invention is demonstrated based on an Example, this invention is limited to the following description and is not interpreted at all.
第１の層としての４１〜４３％のＮｉ，Ｃｏを含むＦｅ系合金からなる市販の４２インバー合金箔（縦５０ｍｍ×横５０ｍｍ×厚さ０．０５ｍｍ）の表面をスパッタエッチングにより洗浄した後、これを大気中に晒すことなく直ちにスパッタリングによりその表面に第２の層としての膜厚が２００ｎｍのチタン被膜を積層形成した。そして、この積層構造体を窒素ガス雰囲気中で３００℃×１時間熱処理して、第１の層の内部にチタンの熱拡散傾斜組成領域を形成した。
以上のようにして得られた、第１の層の内部にチタンの熱拡散傾斜組成領域を形成した積層構造体の、第１の層の表面に、ノボラック樹脂を主成分とするレジスト膜をスピナーを用いて塗布してからベイキングして形成し、所定のフォトマスクを用いて露光してから（波長：ｇ線４３６ｎｍ）、アルカリ溶液に浸漬してレジストエッチングを行い、純水で洗浄した後、ベイキングすることで、後の工程において第２の層に形成する所定寸法のマスクパターンと同じマスクパターンを第１の層に形成することができるパターニングをレジスト膜に行った。
次に、第２の層の表面にノボラック樹脂を主成分とするレジスト膜を上記と同様にして形成してその表面を保護した後、塩化第二鉄を含む希塩酸溶液をエッチャントとして用いて第１の層に対して約２０％オーバーエッチングを行い、穿孔を行った。
次に、第１の層の表面に形成したレジスト膜と第２の層の表面に形成したレジスト膜を除去した後、第２の層の表面にノボラック樹脂を主成分とするレジスト膜を上記と同様にして形成し、所定のフォトマスクを用いて露光してから（波長：ｇ線４３６ｎｍ）アルカリ溶液に浸漬してレジストエッチングを行い、純水で洗浄した後、ベイキングすることで、第１の層に形成された個々の穿孔部と第２の層に形成される開口部が一致する位置関係となるように所定寸法のマスクパターンを第２の層に形成するためのパターニングをレジスト膜に行った。
最後に、第１の層の表面にノボラック樹脂を主成分とするレジスト膜を上記と同様にして形成してその表面を保護してから、緩衝フッ酸（ＢＨＦ）をエッチャントとして用いて第２の層に対してエッチングを行った後、第１の層の表面に形成したレジスト膜と、第２の層の表面に形成したレジスト膜を除去することで、第２の層に所定寸法のマスクパターンが形成され、第２の層に形成された個々の開口部に対応する第１の層の部分が、第２の層に形成された開口部よりも表面に向かって幅広に穿孔されて貫通孔が設けられた本発明の蒸着用マスクを得た。
このようにして製造された本発明の蒸着用マスクは、従来の蒸着用マスクに比較して蒸着パターンの精細化をより推進することができるものである。
After the surface of a commercially available 42 Invar alloy foil (length 50 mm × width 50 mm × thickness 0.05 mm) made of an Fe-based alloy containing 41 to 43% Ni, Co as the first layer is cleaned by sputter etching, A titanium film having a thickness of 200 nm as a second layer was immediately formed on the surface by sputtering without exposing it to the atmosphere. The laminated structure was heat-treated in a nitrogen gas atmosphere at 300 ° C. for 1 hour to form a titanium thermal diffusion gradient composition region in the first layer.
A resist film mainly composed of a novolak resin is spinner applied to the surface of the first layer of the laminated structure in which the thermal diffusion gradient composition region of titanium is formed inside the first layer obtained as described above. After being applied using baked to form, exposed using a predetermined photomask (wavelength: g-line 436 nm), immersed in an alkaline solution to perform resist etching, washed with pure water, By baking, the resist film was patterned so that the same mask pattern as the mask pattern of a predetermined dimension formed in the second layer in a later step could be formed in the first layer.
Next, a resist film containing a novolak resin as a main component is formed on the surface of the second layer in the same manner as described above, and the surface is protected. Then, a diluted hydrochloric acid solution containing ferric chloride is used as an etchant for the first layer. About 20% overetching was performed on this layer, and perforation was performed.
Next, after removing the resist film formed on the surface of the first layer and the resist film formed on the surface of the second layer, the resist film mainly composed of a novolak resin is formed on the surface of the second layer as described above. It is formed in the same manner, exposed using a predetermined photomask (wavelength: g-line 436 nm), immersed in an alkaline solution to perform resist etching, washed with pure water, and then baked, whereby the first Patterning is performed on the resist film to form a mask pattern of a predetermined dimension on the second layer so that the individual perforations formed in the layer and the openings formed in the second layer coincide with each other. It was.
Finally, a resist film mainly composed of novolak resin is formed on the surface of the first layer in the same manner as described above to protect the surface, and then the second layer is formed using buffered hydrofluoric acid (BHF) as an etchant. After etching the layer, the resist film formed on the surface of the first layer and the resist film formed on the surface of the second layer are removed, whereby a mask pattern having a predetermined dimension is formed on the second layer. A portion of the first layer corresponding to each opening formed in the second layer is perforated wider than the opening formed in the second layer toward the surface. A vapor deposition mask of the present invention provided with the above was obtained.
The vapor deposition mask of the present invention thus manufactured can further promote the refinement of the vapor deposition pattern as compared with the conventional vapor deposition mask.
１ 蒸着用マスク
１ａ 第１の層
１ｂ 第２の層
２ 被蒸着基板
３ 蒸着源
４ 蒸着材料
ｒ１，ｒ２，ｒ３ レジスト膜
１１ 従来の蒸着用マスク
１５ 蒸着源側の開口部の端部
Ｘ 影
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