JP6108544B2

JP6108544B2 - マスク製造装置

Info

Publication number: JP6108544B2
Application number: JP2013126291A
Authority: JP
Inventors: 智訓濱砂; 雄平藤井; 亮寺本; 正亮遠藤; 紘毅大石
Original assignee: 新東エスプレシジョン株式会社
Priority date: 2013-06-17
Filing date: 2013-06-17
Publication date: 2017-04-05
Anticipated expiration: 2033-06-17
Also published as: CN104233186B; CN104233186A; JP2015001012A

Description

本発明は、メタルマスクを製造するマスク製造装置に関するものである。

従来、有機ＥＬ素子の製造工程において真空蒸着を行う際に使用されるメタルマスクを製造する際に、クランプ機構でメタルマスクシートに一定の張力を付加することにより、歪みのない状態でメタルマスクシートをフレームに貼り付ける金属薄板の枠貼り装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−３１１３３５号公報

しかし、上述の金属薄板の枠貼り装置においては、メタルマスクシートをフレームに貼り付ける際に、フレームに対するメタルマスクシートの貼り付け位置が精密に管理されていないため、上述の金属薄板の枠貼り装置を用いて高精度のメタルマスクを製造することは困難であった。

本発明の目的は、高精度のメタルマスクを製造することができるマスク製造装置を提供することである。

本発明のマスク製造装置は、所定の張力をメタルマスクシートに付与する少なくとも一つの張力部と、前記メタルマスクシートを取付けるメタルマスクフレームを基準とする座標系であるフレーム座標系を設定する設定部と、前記張力部により張力が付与された状態における前記メタルマスクシートの前記フレーム座標系における座標を測定する測定部と、前記測定部による測定結果に基づき、前記メタルマスクシートの前記メタルマスクフレームに対する位置を調節する調節部と、前記調節部により、前記メタルマスクフレームに対する位置が調節された前記メタルマスクシートを前記メタルマスクフレームに取付ける取付部とを備え、前記メタルマスクフレームは、矩形状の開口部を有し、前記メタルマスクシートを前記メタルマスクフレームに取付ける際に、前記開口部を形成する側部を前記開口部の内側に所定の変形量変形させる加圧部を備えることを特徴とする。

また、本発明のマスク製造装置は、前記取付部が、前記メタルマスクシートに対して吹き付ける不活性ガスを噴出する噴出部と、前記噴出部により前記不活性ガスが噴出された状態でレーザ光を用いて前記メタルマスクシートを前記メタルマスクフレームに溶接するレーザ溶接部とを備えることを特徴とする。

また、本発明のマスク製造装置は、前記取付部が、前記溶接部による溶接時において、自重により前記メタルマスクシートを前記メタルマスクフレームに密着させる密着部を備えることを特徴とする。

また、本発明のマスク製造装置は、レーザ光を用いて前記メタルマスクシートの不要部分を切断するレーザカット部を備えることを特徴とする。

本発明のマスク製造装置によれば、高精度のメタルマスクを製造することができる。

実施の形態に係るメタルマスク製造装置を示す斜視図である。実施の形態に係るメタルマスク製造装置によって製造されるメタルマスクを示す図である。実施の形態に係るメタルマスク製造装置の測定部を正面から視た図である。実施の形態に係るメタルマスク製造装置のシート押さえ機構の内部構造の断面を示す図である。実施の形態に係るメタルマスク製造装置に備えられる張力装置を示す図である。実施の形態に係るメタルマスク製造装置によるメタルマスクシートの位置合わせ処理を示すフローチャートである。実施の形態に係るメタルマスク製造装置によって設定されるフレーム座標系を示す図である。実施の形態に係る測定用顕微鏡を用いて計測された管理ポイントの位置座標のズレを示す図である。実施の形態に係るメタルマスク製造装置に備えられる押し螺子を示す図である。実施の形態に係るメタルマスク製造装置に備えられる加圧部を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態に係るマスク製造装置について、有機ＥＬ素子の製造工程において真空蒸着を行う際に使用されるメタルマスクを製造するメタルマスク製造装置を例に説明する。図１は、メタルマスク製造装置を示す斜視図である。なお、以下の説明においてはＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照して説明する。ＸＹＺ直交座標系は、図に示すように、ＸＹ平面がメタルマスク製造装置を載置する水平面に平行な面に設定され、Ｚ軸が鉛直上方向に設定される。

メタルマスク製造装置２には、メタルマスクフレーム３４（図２参照）をＸＹ平面に平行になるように載置する矩形状の平板であるテーブル部６、メタルマスクフレーム３４に貼付けるメタルマスクシート３２（図２参照）の測定等を行う測定部８、測定部８を±Ｘ方向にスライド可能に支持するフレーム１０、フレーム１０を±Ｙ方向にスライド可能に支持する一対のガイドレール１２、メタルマスクシート３２に±Ｘ方向の張力を付与する張力装置１３、張力装置１３を±Ｙ方向にスライド可能に支持する一対のガイドレール１４、及び基台１６が備えられている。なお、張力装置１３は、一対のセットとして取扱われ、メタルマスクシート３２の両側部に互いに向かい合うようにして配置されている。また、テーブル部６の近傍には、メタルマスクフレーム３４に±Ｘ方向の押圧力を付与する一対の押し螺子６０（図７参照）が備えられている。

図２は、実施の形態に係るメタルマスク製造装置２によって製造されるメタルマスクを示す図である。図２に示すように、メタルマスク３０は、メタルマスクシート３２をメタルマスクフレーム３４に貼り付けることにより製造され、有機ＥＬ素子の製造工程において有機材の真空蒸着を行う際に使用される。

ここで、メタルマスクシート３２は、一方向に長い帯状の金属薄板により構成されており、多数のスリットを備えた矩形状の開口部３２ａを長手方向に沿って複数有している。また、開口部３２ａの短辺方向の縁部に沿って、メタルマスクシート３２の位置を測定する際の指標となる管理ポイント３２ｂを複数有している。なお、メタルマスクシート３２の両端部３２ｃは、メタルマスクフレーム３４に貼り付けられた後に切断される。

また、メタルマスクフレーム３４は、メタルマスクシート３２を取付けるための金属製のフレームであり、中央に矩形状の開口部３４ａを有している。また、メタルマスクフレーム３４の四隅には、後述するフレーム座標系（図７参照）を設定する際の指標となるアラインメントマーク３４ｂが設けられている。

図３は、実施の形態に係るメタルマスク製造装置２の測定部８を正面から視た図である。図３に示すように、測定部８は、メタルマスクシート３２の位置を測定する測定用顕微鏡４２、メタルマスクフレーム３４にメタルマスクシート３２を溶接する溶接用レーザ顕微鏡４４、及びメタルマスクフレーム３４に溶接されたメタルマスクシート３２の両端部３２ｃを切断するシートカット用レーザ顕微鏡４６を備えている。

ここで、測定用顕微鏡４２は、鏡筒４２ａの下側の端部に所定の倍率でメタルマスクシート３２を観察する対物レンズ４２ｂを備え、鏡筒４２ａの上側の端部に対物レンズ４２ｂによって観察されるメタルマスクシート３２の像を撮像するカメラ４２ｃを備えている。

また、溶接用レーザ顕微鏡４４は、溶接時にメタルマスクフレーム３４を押え付けるシート押さえ機構４５を鏡筒４４ａの下側の端部に備え、図示しない対物レンズによって観察されるメタルマスクシート３２の像を撮像するカメラ４４ｃを鏡筒４４ａの上側の端部に備えている。

また、鏡筒４４ａの側面には、メタルマスクシート３２をメタルマスクフレーム３４に溶接するために図示しないレーザ発信器より出射されたレーザ光をファイバーで導き、鏡筒４４ａに入射させるためのレーザ入射口４４ｄが設けられている。なお、鏡筒４４ａの内部には、レーザ光を反射し可視光を透過する図示しないダイクロイックミラー、またはハーフミラーが備えられている。

また、シート押さえ機構４５の側面には、メタルマスクシート３２を溶接する際に必要となる窒素ガスをシート押さえ機構４５内に噴入させる窒素ガス噴入部４５ａが備えられ、シート押さえ機構４５の下側には、溶接の際にメタルマスクシート３２をメタルマスクフレーム３４に押付ける押付け部４７が備えられている。

また、シートカット用レーザ顕微鏡４６は、側面にメタルマスクシート３２の両端部３２ｃを切断するためのレーザ光を入射するレーザ入射口４６ａを備えている。

図４は、実施の形態に係るメタルマスク製造装置２のシート押さえ機構４５を鉛直方向に切断した場合の断面を示す図である。ここで、シート押さえ機構４５は、円筒形状の部材であり、内部に円錐台状の空洞部４５ｂを備えている。また、シート押さえ機構４５の下側の端部には、押付け部４７をシート押さえ機構４５に係止するための円環形状の係止溝４５ｃが設けられている。

ここで、押付け部４７の下側の端部には、レーザ光や窒素ガスを通過させる開口部４７ａが形成され、押付け部４７の上側には、押付け部４７の外側に向かって突出する突出部４７ｂが形成されている。

また、係止溝４５ｃは、所定の高さ、幅を有しており、突出部４７ｂの外側及び上側に間隙が形成されている。このため、押付け部４７は、シート押さえ機構４５に取付けられたまま鉛直方向及び水平方向にフレキシブルに移動することができる。

図５は、実施の形態に係るメタルマスク製造装置２に備えられる張力装置１３を示す図である。図５に示すように、張力装置１３は、モータ１３ａ、ボールねじ１３ｂ、及び可動部１３ｃを備えている。ここで、モータ１３ａが駆動してボールねじ１３ｂが回転すると、ナット１３ｄが＋Ｘ方向に移動し、可動部１３ｃ全体がリニアガイドレール１３ｅに沿って＋Ｘ方向に移動する。

なお、可動部１３ｃは、リニアガイドブロック１３ｆを介してリニアガイドレール１３ｅにスライド可能に支持されている。また、リニアガイドレール１３ｅは、±Ｘ方向に延びており、メタルマスク製造装置２の所定の位置に備えられている。

可動部１３ｃが＋Ｘ方向に移動すると、狭持部１３ｇによって狭持されたメタルマスクシート３２に張力が付与される。

次に、図６のフローチャートを参照して、実施の形態に係るメタルマスク製造装置２によるメタルマスクシート３２の位置合わせ処理について説明する。まず、メタルマスクフレーム３４がテーブル部６の所定の位置に載置されると、メタルマスク製造装置２の図示しない制御部は、図７に示すように、押し螺子６０を突出させ（ステップＳ１）、押し螺子６０の先端部分をメタルマスクフレーム３４の両側部の中央部分３４ｃの外壁に当接させる。更に、制御部は、押し螺子６０の先端部が当接位置から所定の距離開口部３４ａの内側に移動するまで押し螺子６０を突出させ、中央部分３４ｃを所定の距離分内側に撓ませる。

ここで、所定の距離は、メタルマスクフレーム３４に全てのメタルマスクシート３２を貼り付けた場合に予想される中央部分３４ｃの変形量に相当する距離である。なお、中央部分３４ｃの変形量は、予め実際にメタルマスクフレーム３４に全てのメタルマスクシート３２を張り付けて行われたシミュレーションによって求められ、図示しない記憶部に記憶されている。

このようにして、メタルマスクフレーム３４に予め変形を加えることにより、メタルマスクシート３２をメタルマスクフレーム３４に貼り付ける際において、貼付の前後で、メタルマスクフレーム３４が変形することを防止することができる。

次に、制御部は、測定用顕微鏡４２を移動させて、メタルマスクフレーム３４の四隅に設けられたアラインメントマーク３４ｂの像をカメラ４２ｃにより撮像する。次に、制御部は、撮像した画像の画像データに対して所定の画像処理を施すことにより、画像内におけるアラインメントマーク３４ｂの位置座標を求める。そして、画像内におけるアラインメントマーク３４ｂの位置座標と、テーブル部６上におけるカメラ４２ｃの位置座標とに基づいて、テーブル部６上におけるアラインメントマーク３４ｂの位置座標を特定する。

次に、制御部は、アラインメントマーク３４ｂの位置座標に基づいて、図７に示すように、４個のアラインメントマーク３４ｂの中心位置を座標（０、０）とするフレーム座標系を設定する（ステップＳ２）。

次に、メタルマスクシート３２がテーブル部６の所定の検査位置に搬入されると、制御部は、張力装置１３の挟持部１３ｇによりメタルマスクシート３２の両端部３２ｃを挟持する。次に、張力装置１３は、モータ１３ａを駆動させることにより可動部１３ｃを±Ｘ方向に移動させてメタルマスクシート３２に所定の張力を加え（ステップＳ３）、メタルマスクシート３２を歪みや弛みのない平坦に張った状態にする。

次に、制御部は、測定用顕微鏡４２の位置を移動させながら、全ての管理ポイント３２ｂについて、対物レンズ４２ｂによって観察されるメタルマスクシート３２の像をカメラ４２ｃにより撮像し、フレーム座標系における管理ポイント３２ｂの位置座標を特定する（ステップＳ４）。

次に、制御部は、図示しない情報記憶部に記憶されているメタルマスクシート３２の設計図のデータを読み出し、設計図上のメタルマスクシートをメタルマスクフレーム３４に正しく取付けた場合における、設計図上のメタルマスクシートの管理ポイント（以下、設計管理ポイントという。）のフレーム座標系における位置座標を特定する。

次に、制御部は、メタルマスクシート３２の管理ポイント３２ｂの位置座標と設計図上のメタルマスクシートの設計管理ポイントの位置座標とのズレが所定の誤差の範囲内（例えば、±５μｍの範囲内）に収まるか否かを判定する（ステップＳ５）。

メタルマスクシート３２の管理ポイント３２ｂの位置座標と設計図上のメタルマスクシートの設計管理ポイントの位置座標とのズレが所定の誤差の範囲内に収まる場合（ステップＳ５：Ｙｅｓ）、制御部は、一連の位置合わせ処理を終了する。一方、図８に示すように、メタルマスクシート３２の管理ポイント３２ｂの位置座標と設計図上のメタルマスクシートの設計管理ポイントの位置座標とのズレが所定の誤差の範囲内に収まらない場合（ステップＳ５：Ｎｏ）、制御部は、メタルマスクシート３２の管理ポイント３２ｂの位置座標と設計図上のメタルマスクシートの設計管理ポイントの位置座標とが一致する位置にメタルマスクシート３２を移動させる（ステップＳ６）。ここで、ステップＳ４〜Ｓ６の処理は、メタルマスクシート３２の管理ポイント３２ｂの位置座標と設計図上のメタルマスクシートの設計管理ポイントの位置座標とのズレが所定の誤差の範囲内に収まるまで繰り返して行われる。

次に、図面を参照して実施の形態に係るメタルマスク製造装置２によるメタルマスクシート３２の取付け処理について説明する。位置合わせが完了すると、制御部は、溶接用レーザ顕微鏡４４の位置をメタルマスクシート３２の溶接対象となる位置（以下、溶接位置という。）の直上に合わせ、溶接用レーザ顕微鏡４４の下降を開始する。なお、この時点において、押付け部４７は、突出部４７ｂ（図４参照）の底面４７ｃが係止溝４５ｃの上面４５ｆと係合する初期状態の位置に位置している。

次に、溶接用レーザ顕微鏡４４が所定量下降すると、押付け部４７の開口部４７ａ（図４参照）がメタルマスクシート３２に接触し、押付け部４７の下降がメタルマスクシート３２によって妨げられる。

更に溶接用レーザ顕微鏡４４が対物レンズの焦点位置まで下降すると、図４に示すように、突出部４７ｂの底面４７ｃが係止溝４５ｃの上面４５ｆから外れる。このため、メタルマスクシート３２は、フレキシブルに動く押付け部４７の自重によって、メタルマスクフレーム３４に押付けられる。

次に、制御部は、押付け部４７の自重によってメタルマスクフレーム３４にメタルマスクシート３２を密着させた状態で、窒素ガス噴入部４５ａから窒素ガスを噴入させる。ここで、空洞部４５ｂ内に噴出された窒素ガスは、開口部４７ａを介してメタルマスクシート３２に吹き付けられる。これにより、溶接位置の近傍の酸素濃度が低下し、溶接時にメタルマスクシート３２が酸化して焦げ付くことが防止される。

次に、制御部は、窒素ガスをメタルマスクシート３２に吹き付けた状態において、レーザ入射口４４ｄから鏡筒４４ａにレーザ光を入射させる。入射されたレーザ光は、ダイクロイックミラーで反射された後、開口部４７ａを介して溶接位置を照射する。これにより、メタルマスクシート３２の溶接位置がメタルマスクフレーム３４に溶接される。なお、溶接位置の像はカメラ４４ｃによって撮像されるため、撮像した画像に基づいて的確に溶接がなされているか（例えば、溶接位置に黒ずみが発生してないか等）否かをチェックすることが出来る。

次に、制御部は、レーザ入射口４６ａからシートカット用レーザ顕微鏡４６にレーザ光を入射させ、図示しない集光レンズによってメタルマスクシート３２上にレーザ光を集光させることにより、メタルマスクシート３２の両端部３２ｃ（図２参照）を切断する。なお、両端部３２ｃの切断は、シートカット用レーザ顕微鏡４６をメタルマスクシート３２上の図示しないシートカット用溝に沿って移動させながら行われる。

以上の処理がメタルマスクフレーム３４に貼り付けるメタルマスクシート３２の数（図２参照）の分繰り返されることにより、メタルマスク３０が完成する。

この実施の形態に係るメタルマスク製造装置２によれば、メタルマスクシート３２の貼付けを行う前に、メタルマスクシート３２に張力を付与し、メタルマスクシート３２を歪みや弛みのない平坦に張った状態でメタルマスクフレーム３４への貼り付け位置の位置合わせを行うため、高精度のメタルマスクを製造することができる。また、メタルマスクフレーム３４を予め変形させてからメタルマスクシート３２の貼付けを行うため、メタルマスクシート３２の貼付け前後でメタルマスクフレーム３４が変形することを防止することができ、位置合わせを行った通りに精度良くメタルマスクシート３２を貼付けることができる。

また、シート押さえ機構４５によりメタルマスクフレーム３４にメタルマスクシート３２を密着させて溶接を行うため、メタルマスクシート３２に浮き上がりのない状態で的確に溶接を行うことができる。また、通常シートの位置合わせを行なった後に強い押圧力でシートを押さえると、例えば押圧方向（Ｚ軸）が傾いていた場合等に、位置決めしたシートの位置がズレることがあるが、本発明では、フレキシブルに動くシート押さえ機構４５の自重によって溶接時のメタルマスクシート３２をメタルマスクフレーム３４に押さえ付けるため、このような事態を防止することができる。即ち、位置合わせを行なった後にメタルマスクシート３２を押さえても、メタルマスクシート３２が位置ズレすることがない。

なお、上述の実施の形態において、図９に示すように、複数の押し螺子６０を備え、複数の押し螺子６０を用いてメタルマスクフレーム３４の両側部を内側に撓ませるようにしてもよい。これにより、押し螺子６０によって撓ませた際のメタルマスクフレーム３４の変形を、実際にメタルマスクフレーム３４にメタルマスクシート３２を貼りつけた際の変形に更に近づけることができる。

また、上述の実施形態においては、加圧部として押し螺子６０を用いたが、エアーシリンダーや、油圧シリンダー等の圧力化変な加圧機構を用いてもよい。また、加圧部は一対でなく片側固定でもよい。また、上述の実施形態では直線状に加圧しているが、図１０に示すようにカム機構を備えた加圧部を用いてもよい。

また、上述の実施の形態においては、メタルマスクシート３２を移動させて位置を調整する場合を例に説明しているが、テーブル部６を移動させて位置を調整するようにしてもよい。

また、上述の実施の形態において、メタルマスクフレーム３４を変形させずに全てのメタルマスクシート３２を張り付けた場合に予想される変形量は、メタルマスクフレーム３４の設計データ、及びメタルマスクシート３２の設計データを用いて行われた理論上のシミュレーションによって算出されたものであってもよい。

また、上述の実施の形態においては、開口部３２ａに多数のスリットを備えたスリットパターンのメタルマスクシート３２を例に説明しているが、開口部３２ａにドット状に配列された多数の孔を有するドットパターンのメタルマスクシートを用いてもよい。その他、開口部３２ａにスリットもドットも有しない、いわゆるオープンマスクを用いてもよい。

また、上述の実施の形態においてメタルマスクシート３２の位置合わせを行う場合、必ずしも管理ポイント３２ｂ（図２参照）の位置座標を測定する必要はない。例えば、ドットパターンのメタルマスクシート３２を用いる場合、ドット状に配列された孔の位置座標を測定してメタルマスクシート３２の位置合わせを行ってもよい。

また、上述の実施の形態においては、メタルマスク３０（図２参照）が有機ＥＬ素子の製造工程において用いられる場合を例に説明しているが、メタルマスク３０は、有機ＥＬ照明、半導体素子、プリント基板、液晶表示素子等の製造工程において用いられるものであってもよい。

また、上述の実施の形態においては、窒素ガス噴入部４５ａ（図３参照）からシート押さえ機構４５に窒素ガスが噴入される場合を例に説明しているが、キセノンガスやヘリウムガス等の他の不活性ガスが噴入されてもよい。

２…メタルマスク製造装置、６…テーブル部、８…測定部、１３…張力装置、３０…メタルマスク、３２…メタルマスクシート、３４…メタルマスクフレーム、３４ｂ…アラインメントマーク、４２…測定用顕微鏡、４４…溶接用レーザ顕微鏡、４５…シート押さえ機構、４６…シートカット用レーザ顕微鏡、４７…押付け部、６０…押し螺子

Claims

所定の張力をメタルマスクシートに付与する少なくとも一つの張力部と、
前記メタルマスクシートを取付けるメタルマスクフレームを基準とする座標系であるフレーム座標系を設定する設定部と、
前記張力部により張力が付与された状態における前記メタルマスクシートの前記フレーム座標系における座標を測定する測定部と、
前記測定部による測定結果に基づき、前記メタルマスクシートの前記メタルマスクフレームに対する位置を調節する調節部と、
前記調節部により、前記メタルマスクフレームに対する位置が調節された前記メタルマスクシートを前記メタルマスクフレームに取付ける取付部とを備え、
前記メタルマスクフレームは、矩形状の開口部を有し、
前記メタルマスクシートを前記メタルマスクフレームに取付ける際に、前記開口部を形成する側部を前記開口部の内側に所定の変形量変形させる加圧部を備えることを特徴とするマスク製造装置。
前記取付部は、
前記メタルマスクシートに対して吹き付ける不活性ガスを噴出する噴出部と、
前記噴出部により前記不活性ガスが噴出された状態でレーザ光を用いて前記メタルマスクシートを前記メタルマスクフレームに溶接するレーザ溶接部と
を備えることを特徴とする請求項１記載のマスク製造装置。
前記取付部は、前記溶接部による溶接時において、自重により前記メタルマスクシートを前記メタルマスクフレームに密着させる密着部を備えることを特徴とする請求項２記載のマスク製造装置。
レーザ光を用いて前記メタルマスクシートの不要部分を切断するレーザカット部を備えることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載のマスク製造装置。