JP5636863B2

JP5636863B2 - メタルマスクとメタルマスク部材

Info

Publication number: JP5636863B2
Application number: JP2010233377A
Authority: JP
Inventors: 吉紀廣部; 祐二安在; 敏洋羽鳥; 康晴箕浦; 和也小川; 敬典丸岡; 豊松元
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2010-10-18
Filing date: 2010-10-18
Publication date: 2014-12-10
Anticipated expiration: 2030-10-18
Also published as: JP2012087338A

Description

本発明は、張力をかけて枠体に固定され、真空成膜する際に成膜領域を選択的に制御するためのマスクとして用いられる、金属板に開口を設けたメタルマスクと、該メタルマスクを張力をかけて枠体に固定したマスク部材に関する。

近年、電流の注入によって発光する有機化合物材料のエレクトロルミネッセンス（以下、有機ＥＬという）を利用して、かかる有機ＥＬ材料の薄膜からなる発光層を備えた有機ＥＬ素子の複数を配置した有機ＥＬディスプレイパネルが、携帯端末やノートパソコンの表示部として用いられるようになってきた。
有機化合物材料を発光体とする有機ＥＬ素子は、液晶素子に比べ視野角が広く、コントラストも良く、視認性に優れており、バックライトが不要なため、薄型、軽量化が実現でき、消費電力の面でも有利で、応答性も速い。
そして、すべて固体であるため振動に強く、使用温度範囲も広いなどの特徴があり、表示素子として注目されている。
有機ＥＬ素子の構造は、図４に示すように、透明基板３１０上に、陽極（ＩＴＯ）３２０と、ホール輸送層３３０、発光層３４０、電子輸送層３５０からなる有機層と、陰極３６０とを、この順にして層構成されている。
尚、図４中、３４１、３４２、３４３は、それぞれ、Ｒ（赤色）発光層、Ｇ（緑色）発光層、Ｂ（青色）発光層である。

有機ＥＬ素子の種類は、有機層（図４の３３０、３４０、３５０）が高分子タイプと低分子タイプがあり、素子の駆動方式にはパッシブタイプとアクティブタイプがあるが、低分子有機層およびパッシブ駆動タイプの陰極の形成には真空蒸着が必要となり、有機ＥＬ素子の低分子有機層及び陰極の形成に、金属マスク（以下、メタルマスクとも言う）を用いて真空蒸着を行ないパターニングする方法も採られている。
尚、一般に、通常薄膜のパターニングに用いられるフォトリソグラフィ法を用い有機ＥＬ素子の陰極や有機ＥＬ媒体層をマイクロパターニングすることは、電荷注入層や発光層に用いられる有機ＥＬ媒体の耐熱性（一般に１００℃以下）、耐溶剤性、耐湿性の低さのため困難である。
フォトレジスト中の溶剤の素子への侵入や、フォトレジストベーク中の高温雰囲気や、フォトレジスト現像液またはエッチング液の素子への浸入や、ドライエッチング時のプラズマによるダメージ等の原因により有機ＥＬ素子特性が劣化する問題が生じる。

従来、有機ＥＬ素子の形成において、上記金属マスク（以下、メタルマスクとも言う）を用いて真空蒸着を行ないパターニングする方法は、例えば、図５（ｂ）に示すように、枠体３９０に、単層の金属薄板をエッチング加工して作製したメタルマスク部３８０を貼り付けた状態で、図５（ａ）のように、所定の箇所をメタルマスク部３８０にてマスキングして、陰極３６０の蒸着パターニングが行われていた。
尚、加工精度上から、メタルマスクの板厚は薄い方が好ましく、通常、３０μｍ〜１５０μｍの金属薄板が加工用素材として用られていた。
図５中、３１０は透明基板、３２０は陽極（ＩＴＯ）、３３０はホール輸送層、３４０は発光層、３５０は電子輸送層、３６０は陰極、３８０はメタルマスク部、３８１はスリット部（貫通孔部とも言う）、３８２は面付け単位領域、３９０は枠体である。
効率化のため、図５（ｂ）に示すように多面付けしてパターニングして、あるいは、面付けしないでも、蒸着パターン領域が大サイズとなる場合がある。

このようなメタルマスクには、開口の形状から大きくは、スロットタイプ、ドットタイプ、スリットタイプの３種類のタイプに分けられており、それぞれ、成膜形状をスロット状、ドット状、スリット状に形成するものであります。
しかし、スリットタイプのメタルマスクにおいては、例えば、被処理基板のサイズが３００ｍｍ×４００ｍｍ以上のものを対象として、スリット幅５０μｍ〜１５０μｍ、ピッチ幅１５０μｍ〜３００μｍ程度のスリットパターンの作製を、図４に示すような、メタルマスク部３８０を枠体（フレームあるいは外枠とも言う）３９０に貼り付け固定したメタルマスク部材を用いて、蒸着パターニングで行なう場合には、メタルマスク部材のメタルマスク部３８０の中央部が弛み、これに起因して蒸着パターニングするスリット部３８１の精度を所望の精度内に維持することができない。
また、弛みをとるため、外周を引っ張って外側の枠体に貼り付けた場合には、スリット部３８１がよれ（歪とも言う）、その精度を維持できない。
例えば、従来、フォトエッチングにて製造された厚さ０．０４ｍｍの３６Ｉｎｖａｒ（３６％Ｎｉ、６４％Ｆｅ）製のエッチングマスクのスリットの開口幅（スリット幅とも言う）０．０７０ｍｍ、ピッチ０．２００ｍｍとした場合、通常の張力（２ｋｇｆ／ｍｍ²程度）をかけてから枠体（フレーム）に溶接して固定すると、スリット間の金属部（以下、テープないしテープ部とも言う）の幅のバラツキは３σで０．００３ｍｍ程度だが、スリット幅のバラツキは３σで０．００６ｍｍ程度になる。
強く張力（３．５ｋｇｆ／ｍｍ²程度）をかけた場合は、テープ幅のバラツキは３σで０．００３ｍｍ程度だが、スリット幅のバラツキは３σで０．００４ｍｍ程度になり、張力を強くすることにより、スリット幅のバラツキは小さくなるが、強く張力（３．５ｋｇｆ／ｍｍ²程度）をかけた場合には、枠体の強度を上げる為に、全体が重くなってしまう。

特開２００３−２７２８３８号公報

上記のように、従来、有機ＥＬ素子の形成に用いられるスリットタイプのメタルマスクにおいては、通常の張力でメタルマスクの外周を引っ張って枠体に貼り付けた場合には、テープ部がよれ、スリット幅のバラツキが大きくなり、また、枠体を強固にしてメタルマスクを強く引っ張って枠体に張った場合には、テープ部のよれは改善され、スリット幅のバラツキは小さくなるが、枠体自体を通常の場合と比べて強固としなければならず、枠体が重くなってしまうと言う問題があった。
本願発明は、これらの問題に対応するもので、配列させた開口配列部の各開口の長手方向の長さを長くして、張力をかけて枠体に貼り付けた際に、テープ部のよれを抑制でき、開口幅のバラツキを小さく抑制できるメタルマスクの提供しようとするものです。
特に、通常の張力（２ｋｇｆ／ｍｍ²程度）をかけてから枠体に溶接して固定した場合において、開口の形状をスリットタイプにできるだけ近く、開口の長手方向の長さを長くして、テープ部のよれを抑制でき、開口幅のバラツキを小さく抑制できる、擬似スリットタイプのメタルマスクを提供しようとするものです。
勿論、表示装置に用いられた際に画像の品質に影響する成膜形状をそこなわないことを前提としてである。

本発明のメタルマスクは、張力をかけて枠体に固定され、真空成膜する際に成膜領域を選択的に制御するためのマスクとして用いられる、金属板に開口を設けた有機ＥＬ素子の形成用のメタルマスクで、且つ、有機ＥＬ素子の低分子有機層や陰極のパターニング形成に用いられる真空蒸着用のメタルマスクであって、金属板に、スリット状の開口に対して該開口の長手方向を直交する方向に跨ぐ複数の繋ぎ部を所定のピッチで設けた開口形状を有する開口配列部を、複数、前記長手方向に直交する方向に、配列しており、各開口配列部の各繋ぎ部は、いずれも、１開口配列部おきに、開口配列部の長手方向に直交する方向の直線上に揃えて設けられ、且つ、全開口配列部の全繋ぎ部が配列される、開口配列部の長手方向に直交する方向の前記直線の群である直線群は、前記繋ぎ部の所定のピッチの半分のピッチであることを特徴とするものである。
尚、繋ぎ部は開口の長手方向において開口を分離する金属部分のことで、ここでの開口配列部とは、開口の長手方向に直線状に配列された全ての開口と繋ぎ部とを併せた部分を意味し、また、スリット状の開口とは、所定幅で直線状に開口された開口を意味している。

本発明のメタルマスク部材は、真空成膜する際に成膜領域を選択的に制御するためのマスクとして、金属板に開口を設けたメタルマスクを張力をかけて枠体に固定したマスク部材で、且つ、有機ＥＬ素子の低分子有機層や陰極のパターニング形成に用いられる有機ＥＬ素子の形成用の真空蒸着用のメタルマスク部材であって、前記メタルマスクとして、請求項１に記載のメタルマスクを用いていることを特徴とするものである。

（作用）
本発明のメタルマスクは、このような構成にすることにより、配列させた開口配列部の各開口の長手方向の長さを長くして、張力をかけて枠体に貼り付けた際に、テープ部のよれを抑制でき、開口幅のバラツキを小さく抑制できるメタルマスクの提供を可能としている。
即ち、配列させた開口配列部の開口の形状がスリットタイプにできるだけ近くなるようにして、張力をかけて枠体に貼り付けた際に、テープ部のよれを抑制できるメタルマスクの提供を可能としている。
具体的には、金属板に、スリット状の開口に対して該開口の長手方向を直交する方向に跨ぐ複数の繋ぎ部を所定のピッチで設けた開口形状を有する開口配列部を、複数、前記長手方向に直交する方向に、配列しており、各開口配列部の各繋ぎ部は、いずれも、１開口配列部おきに、開口配列部の長手方向に直交する方向の直線上に揃えて設けられ、且つ、全開口配列部の全繋ぎ部が配列される、開口配列部の長手方向に直交する方向の前記直線の群である直線群は、前記繋ぎ部の所定のピッチの半分のピッチであることにより、これを達成している。
即ち、１開口配列部の隣接する繋ぎ部の間隔を広くして、張力をかけて枠体に貼り付けた際に、テープ部のよれを抑制できるメタルマスクの提供を可能としている。
特に、有ＥＬ素子の形成用である場合には、特に有効である。

本願請求項１の発明のメタルマスクにおいては、各開口配列部の隣接する繋ぎ部の間隔をＰ₁とした場合、図１に示すように、開口配列部１１Ａの開口１１の長手方向を直交する方向で、前記各開口配列部１１Ａの隣接する２つの繋ぎ部の中間位置を通る直線上に、両隣の開口配列部の繋ぎの位置があり、該中間位置の開口幅は両隣の繋ぎ部によっても固定されるため、各開口配列部１１Ａの開口１１の幅の固定は、該開口の長手方向の長さを決める繋ぎ部２つと該２つの繋ぎ部の中間位置の両隣の開口配列部の繋ぎ部２つの、計４箇所で固定されることとなり、開口配列部の各開口の幅の固定位置の間隔は、実質的に（Ｐ１／２）となる。
このように、本願請求項１の発明においては、開口配列部１１Ａの隣接する繋ぎ部１２間のピッチはＰ₁とした場合、開口配列部の開口の幅の固定位置の間隔は、実質的に（Ｐ１／２）となり、これにより、配列させた開口配列部の開口の長手方向の長さを長くして、張力をかけて枠体に貼り付けた際に、テープ部のよれを抑制でき、開口幅のバラツキを小さく抑制できるメタルマスクの提供を可能としている。

本発明のメタルマスク部材は、このような構成にすることにより、メタルマスクの開口配列部の各開口の長手方向の長さを長くして、張力をかけて枠体に貼り付けた際に、開口幅のバラツキを抑制し易いメタルマスク部材の提供を可能としている。
有ＥＬ素子の形成用である場合には、特に有効である。

本発明は、このように、枠体を用いてメタルマスクを展張する際に、配列させた開口配列部の各開口の長手方向の長さを長くして、張力をかけて枠体に貼り付けた際に、テープ部のよれを抑え、開口幅の歪みを抑制できるメタルマスクの提供を可能とした。
また、そのようなメタルマスクを用いた、開口幅のバラツキを抑制し易いメタルマスク部材の提供を可能とした。

本願発明のメタルマスクの開口配列部の開口状態を示した一部概略図である。図２（ａ）は本願発明のメタルマスク部材の１例の概略斜視図で、図２（ｂ）はＡ１−Ａ２における一部断面図で、図１（ｃ）は図１（ｂ）のＡ３部の斜視図である。比較例のメタルマスクの開口配列部の開口状態を示した一部概略図である。有機ＥＬ素子の概略構成図である。従来のマスキング部材とその使用方法を説明するための概略図である。

先ず、本発明のメタルマスクの実施形態例を、図１に基づいて説明する。
本例のメタルマスク１０は、図２（ａ）に示すように、張力をかけて枠体１１０に固定され、真空成膜する際に成膜領域を選択的に制御するためのマスクとして用いられる、金属板にエッチング加工により開口１１を設けた有機ＥＬ素子の形成用のメタルマスクで、有機ＥＬ素子の低分子有機層や陰極のパターニング形成に用いられる真空蒸着用のメタルマスクである。
図１中、太点線矢印は、枠体に取り付ける際に、張力をかける方向を示しており、図１のＸ方向、Ｙ方向は、それぞれ、図２（ａ）でのＸ方向、Ｙ方向と同じ方向です。
開口配列部１１Ａは、スリット状の開口に対して該開口の長手方向を直交する方向に跨ぐ複数の繋ぎ部１２を所定のピッチＰ1 で設けた開口形状で、テープ部（金属部とも言う）１２Ａ間に配され、所定のピッチ間隔で開口配列部１１Ａの開口１１の長手方向に直交する方向に配列されている。
尚、先にも述べましたが、繋ぎ部は開口の長手方向において開口を分離する金属部分のことで、ここでの開口配列部１１Ａとは、開口１１の長手方向に直線状に配列された全ての開口と繋ぎ部１２とを併せた部分を意味し、また、スリット状の開口とは、所定幅で直線状に開口された開口を意味している。
各開口配列部１１Ａの各繋ぎ部１２は、いずれも、１開口配列部おきに、開口配列部の長手方向に直交する方向の直線上に揃えて設けられ、且つ、全開口配列部の全繋ぎ部が配列される、開口配列部の長手方向に直交する方向の前記直線の群である直線群は、前記所定の決められたピッチの半分のピッチで配されている。
各開口配列部については、それぞれ、隣接する開口配列部の長手方向の繋ぎ部配列に対して、開口配列部の長手方向で半ピッチ分ずれた状態で繋ぎ部が形成されている。

本例においては、図１に示すように、各開口配列部１１Ａの隣接する繋ぎ部１２間のピッチはＰ₁であるが、各開口１１の長手方向を直交する方向、該開口の長手方向の中間を通る直線上に、両隣の開口配列部の繋ぎ部の位置があり、各開口１１の長手方向の中間位置の開口幅は両隣開口配列部の繋ぎ部によっても実質的に固定される。
このため、各開口１１の幅の固定は、該開口の長手方向の長さを決める２つの繋ぎ部１２と、該２つの繋ぎ部１２の中間位置を通り該開口の長手方向に直交する直線上の両隣の開口配列部１１Ａの繋ぎ部１２の２つとの、計４箇所で固定されることとなり、開口配列部の開口の幅の固定位置の間隔は、実質的に（Ｐ１／２）となる。
簡単には、開口１１ａは、繋ぎ部１２ａと繋ぎ部１２ｂと、隣接する両隣の開口配列部の繋ぎ部１２ｃ、１２ｄとの４箇所において開口幅が固定されている。

これに対して、図３に示すように、各開口配列部の隣接する繋ぎ部の間隔をＰ1 とし、全ての開口配列部２１Ａについて繋ぎ部２２の位置を開口配列部２１Ａの開口２１の長手方向に直交する方向に揃えた形態を比較例として挙げると、開口配列部２１Ａの各開口２１は、該開口配列部の隣接する２つの繋ぎ部２２のみにより、開口幅を固定されることとなり、開口配列部２１Ａの各開口２１の幅の固定位置の間隔はＰ１となる。
図３に示す形態の場合は、テープ部２２Ａのよれの面から、本願請求項１の発明に比べて、各開口配列部２１Ａの繋ぎ部２２のピッチＰ2 を大きくとることはできない。

メタルマスク１０の展張りは、開口配列部１１Ａの開口１１の長手方向に、図１に示す矢印方向に、テンションをかけるため、開口の長手幅が大きくなると、即ち、ピッチＰ1 が大きくなると開口の固定がない位置では、テープ部１２Ａのよれに起因した開口の幅のバラツキが発生することとなるが、本例のメタルマスク１０においては、前述のように、開口配列部の開口の幅の固定位置の間隔は、実質的に（Ｐ１／２）となるため、ピッチＰ1 を大きくしても、即ち、開口１１の長手方向の長さを長くしても、展張りの際に、テープ部１２Ａのよれの程度を低く抑えることを可能としている。
これにより、開口の長手方向を長くした、スリットタイプに近い形状として、展張りの際に、よれの程度を低く抑えることを可能としている。
一方、図３に示す形態の場合、各開口配列部の隣接する繋ぎ部の間隔をＰ1 とした場合、各開口２１の幅の固定は、該開口の長手方向を決める２つの繋ぎ部２２のみであるから、開口の幅の固定位置の間隔はＰ1 で、開口１１の長手方向の長さを長くして、展張りの際に、テープ部１２Ａのよれの程度を低く抑えることは難しい。
図３に示す形態の場合、同じ展張りの条件下では、本発明のメタルマスクよりよれは大きく、ばらつきも大きくなってしまう。

本例においては、メタルマスク１０の素材を鉄−ニッケル系としたが、これは、枠体に展張りしてメタルマスク部材として用いられ、蒸着パターニングを行なう際、磁力によりメタルマスク部材全体、あるいはメタルマスク部を固定することができるからである。
尚、鉄−ニッケル系としては、４２合金（４２％ニッケル−鉄合金）、インバー材（Ｉｎｖａｒ材と同じ、３６％ニッケル−鉄合金）が挙げられるがこれに限定はされない。
勿論、蒸着パターニングを行なう際、磁力によりメタルマスク部材全体、あるいはメタルマスクを固定する必要がない場合には、素材としては、鉄−ニッケル系に限定はされない。
この場合、ステンレス材、銅材も素材として挙げられる。

本発明のメタルマスク１０は、金属板部に１面付けのメタルマスクを複数面付けした状態で作製されて、図２（ａ）に示すように、枠体（フレームとも言う）１１０に、メタルマスク１０に撓みが発生しないように、図２（ａ）に示す太点線矢印の方向に張力をかけながら、溶接固定している。
メタルマスク１０を溶接固定するため枠体１１０としては、ステンレス材が挙げられるが、これに限定はされない。
尚、メタルマスク１０の枠体１１０への固定方法としては、接着剤を用いて固定する方法や所定の治具を用いて固定する固定方法等も挙げられる。
接着剤を用いて固定する方法としては、予め、銀ペースト等の低融点金属を塗布して接着材としたり、真空接着剤を用いてもかまわない。

メタルマスク１０の作製は、例えば、被加工基板の両面に耐エッチング性のレジスト膜を塗布し、両面のレジスト膜をフォトリソ法で所望の形状にパターニングしてレジストパタンを形成し、該レジストパタンを耐エッチング性膜として、両面エッチングして貫通させ、所望の形状に加工する。
エッチング加工後、レジスト膜の剥離や洗浄、乾燥の各処理を行う。
被加工基板の両面からのエッチングは、一度にあるいは２段階に分けて行う。
尚、２段エッチング法においては、はじめの片面側からのエッチング後、形成された貫通していない孔部に耐エッチング性の樹脂（バッキング材とも言う）を充填した後、他面側からエッチングを行ない孔部を貫通させる。

本例のメタルマスクの開口配列部間の金属部分であるテープ部１２Ａの断面形状は、図２（ｂ）や図２（ｃ）に示すように、有機ＥＬ素子形成のために蒸着時に素子形成側の開口幅が広くなるようにテーパーを付けた形状としてある。
尚、ここでは、開口幅はメタルマスクの表裏の狭い側の開口を開口幅としている。

図１に示すメタルマスク１０と、図３に示すメタルマスク２０とを、いずれも、開口幅７０μｍ、開口の長手方向の開口のピッチＰ₁＝５０ｍｍ、開口配列部に直交する方向の開口のピッチ２００μｍ、繋ぎ部幅５０μｍとし、開口配列部の全長３００ｍｍ、配列全体の幅を４００ｍｍとして、断面形状も同じくして、２段エッチング法にて作製し、それぞれ、張力２ｋｇｆ／ｍｍ²で枠体に貼りつけたものについて、テープ部の幅バラツキ、開口幅バラツキを評価したが、以下のような評価結果が得られた。
評価は、ＳＯＫＩＡ製寸法測定機ＡＭＩＣ−７０１で、開孔幅を６０００ポイント( 全列×３行) 、テープ幅を５９９７ポイント( 全列×３行) 測定して行った。
図１に示すメタルマスク１０の場合は、テープ部の幅バラツキ３σで０．００３ｍｍで、開口幅のバラツキは３σで０．００４ｍｍとなり、また、図３に示すメタルマスク２０の場合は、テープ部の幅バラツキ３σで０．００３ｍｍ、開口幅のバラツキは３σで０．０４９ｍｍとなった。
このように、図１に示すメタルマスク１０の方が、図３に示すメタルマスク２０に比べて、開口幅のバラツキを低く抑えることができた。

１０メタルマスク
１１開口
１１ａ開口
１１Ａ開口配列部
１２繋ぎ部
１２ａ〜１２ｄ繋ぎ部
１２Ａテープ部（金属部とも言う）
２０メタルマスク
２１開口
２１Ａ開口配列部
２２繋ぎ部
２２Ａテープ部（金属部とも言う）
１００メタルマスク部材
１１０枠体
１２０金属板部
１２０Ａテープ部（金属部とも言う）
１２０Ｓ面
１２５貫通孔部
１３０スポット溶接部
１４０１面付のメタルマスク
３１０透明基板
３２０陽極（ＩＴＯ）
３３０ホール輸送層
３４０発光層
３４１Ｒ（赤色）発光層
３４２Ｇ（緑色）発光層
３４３Ｂ（青色）発光層
３５０電子輸送層
３６０陰極
３８０メタルマスク部
３８１スリット部（貫通孔部とも言う）
３８２面付け単位領域
３９０枠体

Claims

張力をかけて枠体に固定され、真空成膜する際に成膜領域を選択的に制御するためのマスクとして用いられる、金属板に開口を設けた有機ＥＬ素子の形成用のメタルマスクで、且つ、有機ＥＬ素子の低分子有機層や陰極のパターニング形成に用いられる真空蒸着用のメタルマスクであって、金属板に、スリット状の開口に対して該開口の長手方向を直交する方向に跨ぐ複数の繋ぎ部を所定のピッチで設けた開口形状を有する開口配列部を、複数、前記長手方向に直交する方向に、配列しており、各開口配列部の各繋ぎ部は、いずれも、１開口配列部おきに、開口配列部の長手方向に直交する方向の直線上に揃えて設けられ、且つ、全開口配列部の全繋ぎ部が配列される、開口配列部の長手方向に直交する方向の前記直線の群である直線群は、前記繋ぎ部の所定のピッチの半分のピッチであることを特徴とするメタルマスク。
真空成膜する際に成膜領域を選択的に制御するためのマスクとして、金属板に開口を設けたメタルマスクを張力をかけて枠体に固定したマスク部材で、且つ、有機ＥＬ素子の低分子有機層や陰極のパターニング形成に用いられる有機ＥＬ素子の形成用の真空蒸着用のメタルマスク部材であって、前記メタルマスクとして、請求項１に記載のメタルマスクを用いていることを特徴とするメタルマスク部材。