JP5976527B2 - 蒸着マスク及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、開口パターンを設けた樹脂製フィルムを薄板状の磁性金属部材で支持する構造の蒸着マスクに関し、特に開口パターンの形状及び位置精度を向上し得る蒸着マスク及びその製造方法に係るものである。

従来の蒸着マスクは、金属板に形成された貫通する複数の開口パターンと、該複数の開口パターンの各々の周りのマスク本体部と、該マスク本体部の周囲に位置するマスク本体部の厚さより大なる厚さを有する周縁部とを備えたものとなっていた（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１−２３７０７２号公報

しかし、このような従来の蒸着マスクは、金属板をエッチング処理して該金属板に貫通する複数の開口パターンを形成しているので、高精細な開口パターンを精度よく形成することができなかった。特に、一辺の長さが数１０ｃｍ以上の大面積の例えば有機ＥＬ表示パネル用の蒸着マスクの場合、エッチングむらの発生によりマスク全面の開口パターンを均一に形成することができなかった。

そこで、出願人は、基板に蒸着される薄膜パターンに対応して該薄膜パターンと形状寸法の同じ開口パターンを形成した樹脂製のフィルムと、開口パターンを内包する貫通孔を形成した薄板状の磁性金属部材とを密接させた構造の複合型の蒸着マスクを提案している。

上記複合型の蒸着マスクは、厚みが１０μｍ〜３０μｍ程度の薄い樹脂製フィルムに開口パターンをレーザ加工して形成するものであり、高精細な開口パターンを精度よく形成することができると共に、上述のような大面積の蒸着マスクもマスク全面に亘って均一に開口パターンを形成することができるという特長を有している。

しかしながら、上記複合型の蒸着マスクにおいては、例えばインバー又はインバー合金のような熱膨張係数の小さい磁性金属部材と樹脂製フィルムのような比較的熱膨張係数の大きい部材とを室温以上で密接させた後に、開口パターンをレーザ加工すると両部材間の熱膨張の差により開口パターン及び貫通孔が変形することがあった。

そこで、本発明は、このような問題点に対処し、開口パターンの形状及び位置精度を向上し得る蒸着マスク及びその製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、第１の発明による蒸着マスクは、基板に蒸着される薄膜パターンに対応して該薄膜パターンと形状寸法の同じ開口パターンを形成した樹脂製のフィルムと、前記開口パターンを内包する大きさの貫通孔を形成した薄板状の磁性金属部材とを密接させた構造の蒸着マスクであって、前記貫通孔を内包する蒸着有効領域外の前記磁性金属部材の部分にダミー貫通孔を設け、該ダミー貫通孔内の前記フィルムに、前記フィルムと前記磁性金属部材との間の熱膨張の差により発生する前記開口パターン及び前記貫通孔の変形を制御するためのダミー開口パターンを設けたものである。

また、第２の発明による蒸着マスクの製造方法は、基板に蒸着される薄膜パターンに対応して該薄膜パターンと形状寸法の同じ開口パターンを形成した樹脂製のフィルムと、前記開口パターンを内包する大きさの貫通孔を形成した薄板状の磁性金属部材とを密接させた構造の蒸着マスクの製造方法であって、蒸着のための有効領域内に貫通孔を設け、前記有効領域外にダミー貫通孔を設けた薄板状の磁性金属部材の一面に樹脂製のフィルムを密接させた構造のマスク用部材を形成する第１段階と、前記貫通孔内の前記フィルムを貫通させて前記開口パターンを形成する第２段階と、前記ダミー貫通孔内の前記フィルムを貫通させてダミー開口パターンを形成する第３段階と、含むものである。

本発明によれば、蒸着の有効領域外にダミー開口パターンを形成することにより、磁性金属部材とフィルムとの熱膨張差に基づく開口パターン及び貫通孔の変形を制御することができる。したがって、開口パターンの形状及び位置精度を向上することができる。

本発明による蒸着マスクの実施形態を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＯ−Ｏ線断面矢視図である。 本発明による蒸着マスクの製造方法を説明するフローチャートである。 本発明による蒸着マスクの製造方法におけるマスク用部材の形成段階を断面で示す工程図である。 本発明による蒸着マスクの製造方法におけるフレーム接合段階を断面で示す工程図である。 本発明による蒸着マスクの製造方法における開口パターン形成段階を断面で示す工程図である。 本発明による蒸着マスクの製造方法におけるダミー開口パターン形成段階を断面で示す工程図である。 本発明による蒸着マスクの製造方法における開口パターン及び貫通孔の変形制御について示す説明図である。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明による蒸着マスクの実施形態を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＯ−Ｏ線断面矢視図である。この蒸着マスクは、開口パターンを設けた樹脂製フィルムを薄板状の磁性金属部材で支持する構造を有するもので、磁性金属部材１と、樹脂製フィルム２と、フレーム３とを備えて構成されている。

上記磁性金属部材１は、厚みが３０μｍ〜５０μｍ程度のニッケル、ニッケル合金、インバー又はインバー合金等の磁性金属材料からなる薄板（シート）状のものであり、例えば基板上に一定の配列ピッチでマトリクス状に並べて形成される複数の薄膜パターンの、例えば縦一列に並んだ複数の薄膜パターンを内包する大きさの複数の貫通孔４を、上記複数の薄膜パターンの横方向の配列ピッチと同じピッチで並べて設けている。なお、以下の説明においては、磁性金属部材１は、熱膨張係数が１×１０^−６／℃以下のインバー又はインバー合金の場合について述べる。

また、上記複数の貫通孔４を内包する蒸着の有効領域外の磁性金属部材１には、ダミー貫通孔５が設けられている。詳細には、上記ダミー貫通孔５は、上記複数の貫通孔４の並び方向の両側方に設けられている。この場合、磁性金属部材１に一定の配列ピッチで設けた複数の貫通孔４のうち、蒸着の有効領域外に位置する貫通孔４を上記ダミー貫通孔５としてもよい。

上記磁性金属部材１の一面に密接してフィルム２が設けられている。このフィルム２は、厚みが１０μｍ〜３０μｍ程度のポリイミドやポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等の可視光を透過する樹脂製のフィルムであり、上記磁性金属部材１の貫通孔４内にて薄膜パターンに対応した位置に該薄膜パターンと形状寸法の同じ貫通する開口パターン６が形成されている。また、上記ダミー貫通孔５内のフィルム２には、フィルム２と磁性金属部材１との間の熱膨張の差により発生する開口パターン６及び貫通孔４の変形を制御するための少なくとも一つのダミー開口パターン７が設けられている。なお、図１においては、一例としてダミー開口パターン７を一つ設けた場合について示している。また、複数の貫通孔４の並び方向（図１のＸ方向）と交差するＹ方向の開口パターン６の変形を制御すべく、Ｙ方向の蒸着有効領域外にダミー開口パターン７をＸ方向に平行に設けてもよい。

上記磁性金属部材１の周縁部に一端面３ａを接合して、枠状のフレーム３が設けられている。このフレーム３は、磁性金属部材１を張架して支持するものであり、磁性金属部材１の複数の貫通孔４及びダミー貫通孔５を内包する大きさの開口８を設けたニッケル、ニッケル合金、インバー又はインバー合金等から形成されている。なお、フレーム３は、蒸着時の熱応力の発生を抑えて蒸着マスクの変形を防止するために、磁性金属部材１と同じ磁性材料で形成するのがよい。

次に、このように構成された蒸着マスクの製造方法について説明する。
図２は本発明による蒸着マスクの製造方法を説明するフローチャートである。この蒸着マスクの製造方法は、樹脂性フィルム２の予め定められた位置に貫通する開口パターン６をレーザ加工して形成するもので、マスク用部材１２を形成するステップＳ１と、フレーム３を接合するステップＳ２と、開口パターン６を形成するステップＳ３と、ダミー開口パターン７を形成するステップＳ４とを含んでいる。

上記ステップＳ１は、フィルム２の一面に開口パターン６を内包する大きさの貫通する貫通孔４及びダミー開口パターン７を内包する大きさのダミー貫通孔５を設けた磁性金属部材１を密接した構造のマスク用部材１２を形成する工程である。以下、図３を参照して詳細に説明する。

先ず、図３（ａ）に示すように、インバー又はインバー合金からなる厚みが３０μｍ〜５０μｍ程度の磁性金属材料の磁性金属シート９を、蒸着対象である基板の表面積に合わせて切り出し、該磁性金属シート９の一面９ａに例えばポリイミド等の樹脂液を塗布し、これを２００℃〜３００℃程度の温度で硬化させて厚みが１０μｍ〜３０μｍ程度の可視光を透過するフィルム２を形成する。

次いで、図３（ｂ）に示すように、磁性金属シート９の他面９ｂにレジストを例えばスプレー塗布した後、これを乾燥させてレジストフィルムを形成し、次に、フォトマスクを使用してレジストフィルムを露光・現像し、後述のステップＳ３，４において形成される複数の開口パターン６及びダミー開口パターン７に対応した位置に該開口パターン６及びダミー開口パターン７を内包する大きさの複数の開口１０を有するレジストマスク１１を形成する。

続いて、図３（ｃ）に示すように、上記レジストマスク１１を使用して磁性金属シート９をウェットエッチングし、レジストマスクの開口１０に対応した部分の磁性金属シート９を除去して貫通孔４及びダミー貫通孔５を設けて磁性金属部材１を形成した後、レジストマスク１１を例えば有機溶剤に溶解させて除去する。これにより、磁性金属部材１と樹脂製のフィルム２とを密接させたマスク用部材１２が形成される。なお、磁性金属シート９をエッチングするためのエッチング液は、使用する磁性金属シート９の材料に応じて適宜選択され、公知の技術を適用することができる。

また、磁性金属シート９をエッチングして貫通孔４及びダミー貫通孔５を形成する際に、複数の貫通孔４の形成領域外の予め定められた位置に基板に予め設けられた基板側アライメントマークに対して位置合わせするための図示省略のマスク側アライメントマークを同時に形成してもよい。この場合、レジストマスク１１を形成する際に、マスク側アライメントマークに対応した位置にアライメントマーク用の開口を設けるとよい。

上記ステップＳ２は、磁性金属部材１の複数の貫通孔４及びダミー貫通孔５を内包する大きさの開口８を設けたインバー又はインバー合金等からなる枠状のフレーム３の一端面３ａにマスク用部材１２を張架して、該フレーム３の一端面３ａに磁性金属部材１の周縁部を接合する工程である。以下、図４を参照して詳細に説明する。

先ず、図４（ａ）に示すように、磁性金属部材１の周縁部に対応したフィルム２の部分に、例えばＫｒＦ２４８ｎｍのエキシマレーザ、又はＹＡＧレーザの第３高調波や第４高調波を使用して、波長が４００ｎｍ以下のレーザ光Ｌを照射し、当該部分のフィルム２をアブレーションして除去する。

次に、図４（ｂ）に示すように、マスク用部材１２を該マスク用部材１２の面に平行な側方（矢印方向）にマスク用部材１２が撓まない程度の大きさのテンションをかけた状態でフレーム３の上方に位置付ける。

さらに、図４（ｃ）に示すように、マスク用部材１２をその面に平行な側方にテンションをかけた状態でフレーム３の一端面３ａに張架し、磁性金属部材１の周縁部とフレーム３とをスポット溶接する。

上記ステップＳ３は、貫通孔４内の薄膜パターンに対応した位置のフィルム２の部分にレーザ光Ｌを照射して薄膜パターンと形状寸法の同じ開口パターン６を形成する工程である。以下、図５を参照して詳細に説明する。

先ず、図５（ａ）に示すように、形成しようとする薄膜パターンに対応した位置にレーザ光Ｌの照射目標となる基準パターン１３を形成した基準基板１４の、該基準パターン１３を形成した面１３ａとは反対側の平滑面１４ｂの上方に、フィルム２側を下にしたマスク用部材１２を位置付け、基準基板１４に予め設けられた基板側アライメントマークとマスク用部材１２に設けられたマスク側アライメントマークを使用してマスク用部材１２を基準基板１４に対してアライメントする。

次いで、図５（ｂ）に示すように、マスク用部材１２のフィルム２を基準基板１４の平滑面１４ｂに密接させる。このとき、上記フィルム２と基準基板１４の平滑面１４ｂとの間に液膜を介在させて液膜のメニスカスを形成し、ラプラス圧力によって発生する吸着力によりフィルム２と基準基板１４とを密着させてもよい。この場合、液膜の存在により、後の開口パターン６のレーザ加工工程において、開口パターン６の基準基板１４側の縁部に切り残り（バリ）が発生するのを回避することができる。

続いて、図５（ｃ）に示すように、基準基板１４とレーザ照射装置とを基準基板１４の面に平行な面内をＸＹの２次元方向に相対的にステップ移動しながら、基準基板１４の基準パターン１３を狙って、照射面積が薄膜パターンと同じになるように整形されたエネルギー密度が１Ｊ／ｃｍ^２〜２０Ｊ／ｃｍ^２の、例えばＫｒＦ２４８ｎｍのエキシマレーザ、又はＹＡＧレーザの第３高調波や第４高調波のレーザ光Ｌを照射し、フィルム２をアブレーションして開口パターン６を形成する。この場合、開口パターン６は複数ショットのレーザ照射により行うとよい。

ここで、フィルム２、例えばポリイミドは、熱膨張係数が３〜５×１０^−５／℃であり、磁性金属部材１のインバー又はインバー合金の熱膨張係数に比べて１桁大きい。したがって、２００℃〜３００℃で硬化された後、室温まで冷却されたフィルム２には、上記熱膨張係数の差により、面に平行な方向に引張応力が働いている。この場合、マスク用部材１２形成時には、フィルム２に働く引張応力が面内でバランスしているため、図７（ａ）に示すように貫通孔４及びダミー貫通孔５の形状及び位置は、設計値と略同じ状態に維持されている。

しかしながら、フィルム２に上記開口パターン６が形成されると、上記応力バランスが崩れてフィルム２は縮もうとする。特に、開口パターン６が形成されていない周辺領域のフィルム２の収縮量は大きく、中央部よりも周辺部の方が貫通孔４及び開口パターン６の変形量が大きくなる。例えば、図７（ａ）に示すように、Ｙ方向に長いストライプ状の複数の貫通孔４をその長軸に平行に、Ｘ方向に並べて形成したマスク用部材１２の場合、同図（ｂ）に示すように上記変形量は、Ｘ方向の外寄りに位置する貫通孔４及び開口パターン６ほど大きくなる。

そこで、本発明の蒸着マスクの製造方法においては、ダミー開口パターン７を形成するステップＳ４が実施される。
図６は上記ステップＳ４におけるダミー開口パターン７を形成する工程を示す説明図である。このステップＳ４においては、全ての開口パターン６の形成が終了すると、例えば同図（ａ）に示す左側のダミー貫通孔５内の予め定められた位置にダミー開口パターン７がレーザ加工される。その後、同図（ｂ）に示すように、右側のダミー貫通孔５内の予め定められた位置にダミー開口パターン７がレーザ加工される。これにより、開口パターン６及び貫通孔４の上記変形が制御される。

より詳細には、図７（ｃ）に示すように、ダミー貫通孔５内のフィルム２にダミー貫通孔５の長軸に平行なストライプ状のダミー開口パターン７が形成される。これにより、マスク用部材１２の蒸着に有効な中央領域は、その周辺領域に位置するフィルム２の縮もうとする力から解放され、上記中央領域に位置する複数の貫通孔４及び開口パターン６の変形が抑制される。したがって、上記のようなダミー開口パターン７の形成によって、貫通孔４及び開口パターン６の形状及び位置の調整が可能となる。この場合、ダミー開口パターン７の面積（ストライプの長さ）、位置及び個数の少なくとも一つを適宜制御することにより、上記変形を制御することができる。なお、ダミー開口パターン７の面積（ストライプの長さ）、位置及び個数は、実験により、又は理論解析により決定することができる。このようにして、図１に示す本発明による蒸着マスクが完成する。

以上の説明においては、磁性金属部材１にフレーム３を接合してマスクを支持する場合について述べたが、フレーム３はなくてもよい。

また、以上の説明においては、単位の蒸着マスクについて述べたが、本発明はこれに限られず、大面積の基板に複数のパネルを多面付けして形成するための蒸着マスクにも適用することができる。この場合、基板上に多面付けされた各パネルに対応して本発明による単位の蒸着マスクを配置するとよい。

１…磁性金属部材
２…フィルム
３…フレーム
４…貫通孔
５…ダミー貫通孔
６…開口パターン
７…ダミー開口パターン

Claims (8)

1. 基板に蒸着される薄膜パターンに対応して該薄膜パターンと形状寸法の同じ開口パターンを形成した樹脂製のフィルムと、前記開口パターンを内包する大きさの貫通孔を形成した薄板状の磁性金属部材とを密接させた構造の蒸着マスクであって、
   前記貫通孔を内包する蒸着有効領域外の前記磁性金属部材の部分にダミー貫通孔を設け、該ダミー貫通孔内の前記フィルムに、前記フィルムと前記磁性金属部材との間の熱膨張の差により発生する前記開口パターン及び前記貫通孔の変形を制御するためのダミー開口パターンを設けたことを特徴とする蒸着マスク。
2. 前記磁性金属部材には、複数の前記貫通孔が並べて設けられており、該複数の貫通孔の並び方向の両側に前記ダミー貫通孔が設けられていることを特徴とする請求項１記載の蒸着マスク。
3. 前記ダミー貫通孔内には、少なくとも一つの前記ダミー開口パターンが設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載の蒸着マスク。
4. 前記貫通孔及び前記ダミー貫通孔を内包する大きさの開口を有する枠状のフレームの一端面に前記磁性金属部材を接合したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の蒸着マスク。
5. 基板に蒸着される薄膜パターンに対応して該薄膜パターンと形状寸法の同じ開口パターンを形成した樹脂製のフィルムと、前記開口パターンを内包する大きさの貫通孔を形成した薄板状の磁性金属部材とを密接させた構造の蒸着マスクの製造方法であって、
   蒸着のための有効領域内に貫通孔を設け、前記有効領域外にダミー貫通孔を設けた薄板状の磁性金属部材の一面に樹脂製のフィルムを密接させた構造のマスク用部材を形成する第１段階と、
   前記貫通孔内の前記フィルムを貫通させて前記開口パターンを形成する第２段階と、
   前記ダミー貫通孔内の前記フィルムを貫通させてダミー開口パターンを形成する第３段階と、
   含むことを特徴とする蒸着マスクの製造方法。
6. 前記ダミー開口パターンの面積、個数及び位置の少なくともいずれか一つを制御して、前記フィルムと前記磁性金属部材との熱膨張の差により発生する前記開口パターン及び前記貫通孔の変形を制御することを特徴とする請求項５記載の蒸着マスクの製造方法。
7. 前記ダミー貫通孔は、前記磁性金属部材に並べて設けられた複数の前記貫通孔の並び方向の両側に設けられていることを特徴とする請求項５又は６記載の蒸着マスクの製造方法。
8. 前記第１段階と前記第２段階との間に、前記貫通孔及び前記ダミー貫通孔を内包する大きさの開口を有する枠状のフレームの一端面に、前記マスク用部材の前記磁性金属部材を接合する段階を含むことを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項に記載の蒸着マスクの製造方法。