JP6229344B2 - メタルマスクの製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、メタルマスクの製造方法及びメタルマスクに関する。
現在、有機ＥＬディスプレイ装置を製造する際に、メタルマスクを用いて成膜を行うことが多くなっている。このようなメタルマスクはガラス基板表面に接触して配置され、メタルマスクに対してガラス基板とは反対側に配置された坩堝から有機発光材料の蒸気が放出されると、放出された蒸気の一部がメタルマスクの有する開口部を通過してガラス基板表面に付着する。これにより、開口部に対応する所定のパターンでガラス基板表面に有機発光材料が成膜される。ここで、素子形成のために、メタルマスクの開口部は坩堝側ほど開口面積が大きいテーパ形状を有するように形成されている。
従来、このような形状の開口部は、表面及び裏面の両面エッチング、または、表面、裏面の２段エッチングで形成されている。これらの方法によれば、エッチング液による基材の面内方向の侵食を、基材の表面のみからエッチングする場合に比べて半減させることができる。しかしながら、エッチングで開口部を形成するために、開口の大きさが板の厚みに大きく左右される。また、エッチングで開口部を形成する場合、基材が等方向に加工（侵食）されていく。その結果、開口部のエッジ部で蒸着時の蒸気が遮断され、膜の輪郭が不明瞭になりやすい。
特許文献１には、二枚のシリコン板の間に二酸化シリコン膜が挟まれた構造の積層基板を用意して、当該積層基板の第１面をエッチングして局所的に凹部を形成した後、凹部の底面にエキシマレーザを照射して凹部の底面から底面の裏面までを貫通する孔部を形成する方法が記載されている。エキシマレーザによる基材の侵食は、基材の厚み方向のみに進行するため、第１面の裏面の開口面積を広げることなく微細な開口部を形成することが可能となる。
しかしながら、本件発明者によれば、ＹＡＧレーザのパルス幅は通常１０ナノ秒以上であるが、このようなＹＡＧレーザを用いて板状の基材に孔部を形成する場合、孔部の裏面側に５μｍ以上の大きな「バリ」が生成されるという問題が知見された。このようなバリを有するメタルマスクが、蒸着材料の成膜時に、ガラス基板表面に接触して配置されると、バリによってガラス基板表面が損傷するおそれがある。
本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明の目的は、大きなバリの生成を抑制しながら、板状の基材に微細な開口部を形成することができるメタルマスクの製造方法及びメタルマスクを提供することにある。
本発明は、金属材料からなる板状の基材の第１面をエッチングして当該第１面に局所的に凹部を形成する工程と、１ナノ秒より短いパルス幅のパルスレーザを前記基材の前記凹部の底面または当該底面の裏面に照射して、当該底面から当該底面の裏面までを貫通する孔部を形成する工程と、を備えたことを特徴とするメタルマスクの製造方法である。
本発明によれば、１ナノ秒より短いパルス幅のパルスレーザが凹部の底面または当該底面の裏面に照射されることにより、基材の被照射領域は周囲に熱を伝える前に瞬間的に気化（アブレーション）される。これにより、熱による大きなバリの生成が抑制されながら、微細な孔部が形成され得る。本件発明者による実際の検証によれば、本発明によって、生成されるバリの高さを１μｍ以下に低減することができる。これにより、例えばメタルマスクがガラス基板表面に接触して配置される場合に、バリによるガラス基板表面の損傷が効果的に防止され得る。
また、本発明は、金属材料からなる板状の基材の第２面に、１ナノ秒より短いパルス幅のパルスレーザを照射して、当該第２面に有底の穴部を形成する工程と、前記基材の前記有底の穴部の裏面をエッチングして、前記穴部に連通する凹部を局所的に形成する工程と、を備えたことを特徴とするメタルマスクの製造方法である。
本発明によれば、１ナノ秒より短いパルス幅のパルスレーザが基材の第２面に照射されることにより、基材の被照射領域は周囲に熱を伝える前に瞬間的に気化（アブレーション）され、これにより、熱による大きなバリの生成が抑制されながら、微細な有底の穴部が形成され得る。本件発明者による実際の検証によれば、本発明によって、生成されるバリの高さを１μｍ以下に低減することができる。これにより、例えばメタルマスクがガラス基板表面に接触して配置される場合に、バリによるガラス基板表面の損傷が効果的に防止され得る。
好ましくは、前記有底の穴部を形成する工程の後、前記凹部を形成する工程の前に、前記有底の穴部に封止剤を充填する工程と、前記凹部を形成する工程の後に、前記穴部から前記封止剤を除去する工程と、を更に備える。
また、好ましくは、前記パルスレーザは、四角形状の断面を有する。このような態様によれば、基材表面でパルスレーザを走査させなくても、平面視四角形状の貫通孔を容易に形成することができる。例えば有機ＥＬディスプレイ装置を製造する際に、このようにして得られたメタルマスクを用いることにより、１画素に対応する平面視四角形状の有機発光層を容易に成膜することができる。
具体的には、例えば、前記断面の各辺は、１０μｍ〜１５０μｍである。
また、本発明は、少なくとも１つの開口部を備えるメタルマスクであって、前記開口部の各々は、当該メタルマスク本体の第１面に局所的に設けられた凹部と、当該凹部の底面から当該底面の裏面までを貫いて設けられた孔部と、を有し、前記孔部の前記裏面側のバリの高さが、１μｍ以下であることを特徴とするメタルマスクである。
本発明によれば、孔部の裏面側のバリの高さが１μｍ以下であるため、例えばガラス基板表面に接触して配置される場合に、バリによるガラス基板表面の損傷が効果的に防止され得る。
好ましくは、前記孔部は、平面視四角形状を有する。例えば有機ＥＬディスプレイ装置を製造する際に、このような態様のメタルマスクを用いることにより、１画素に対応する平面視四角形状の有機発光層を容易に形成することができる。
具体的には、例えば、前記平面視四角形状の各辺は、１０μｍ〜１５０μｍである。
本発明のメタルマスクの製造方法の一態様によれば、１ナノ秒より短いパルス幅のパルスレーザが凹部の底面または当該底面の裏面に照射されることにより、基材の被照射領域は周囲に熱を伝える前に瞬間的に気化（アブレーション）され、これにより、熱による大きなバリの生成が抑制されながら、微細な孔部が形成され得る。本件発明者による実際の検証によれば、本発明によって、生成されるバリの高さを１μｍ以下に低減することができる。これにより、例えばメタルマスクがガラス基板表面に接触して配置される場合に、バリによるガラス基板表面の損傷が効果的に防止され得る。
本発明のメタルマスクの製造方法の別の態様によれば、１ナノ秒より短いパルス幅のパルスレーザが基材の第２面に照射されることにより、基材の被照射領域は周囲に熱を伝える前に瞬間的に気化（アブレーション）され、これにより、熱による大きなバリの生成が抑制されながら、微細な有底の穴部が形成され得る。本件発明者による実際の検証によれば、本発明によって、生成されるバリの高さを１μｍ以下に低減することができる。これにより、例えばメタルマスクがガラス基板表面に接触して配置される場合に、バリによるガラス基板表面の損傷が効果的に防止され得る。
本発明のメタルマスクによれば、孔部の裏面側のバリの高さが１μｍ以下であるため、例えばガラス基板表面に接触して配置される場合に、バリによるガラス基板表面の損傷が効果的に防止され得る。
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の一実施の形態によるメタルマスクを部分的に示す概略側面視断面図である。図２は、図１のメタルマスクを含む蒸着マスク装置を示す概略斜視図である。図３は、図２の蒸着マスク装置を用いて蒸着材料を成膜する方法を説明するための図である。
図２に示すように、本実施の形態の蒸着マスク装置２０は、矩形状の金属薄板からなるメタルマスク１０と、メタルマスク１０の周縁部に取り付けられたフレーム２５と、を有している。
図１に示すように、本実施の形態によるメタルマスク１０は、少なくとも１つの開口部１２を備えており、前記開口部１２の各々は、当該メタルマスク本体１１の第１面１１ａに局所的に設けられた凹部１３と、当該凹部１３の底面から当該底面の裏面までを貫いて設けられた孔部１４と、を有している。孔部１４の裏面側のバリの高さは、１μｍ以下である。
本実施の形態では、メタルマスク本体１１は、金属材料からなる板状の基材であり、第１面１１ａと、第１面１１ａとは反対側の第２面１１ｂと、を有している。メタルマスク本体１１の材質は、熱膨張率が比較的小さい金属であることが好ましく、具体的には、例えば、インバー合金（鉄とニッケルとの合金）である。メタルマスク本体１１の厚みは、例えば２０μｍ〜１００μｍである。
図１に示すように、メタルマスク本体１１の第１面１１ａに設けられた凹部１３は、側面視において第１面１１ａに近いほど開口面積が大きいテーパ形状を有している。本実施の形態の凹部１３は、図１に示すような椀形状を有しているが、これに限定されず、接頭円錐形状を有していてもよい。
図１に示すように、凹部１３の底面から当該底面の裏面までを貫いて設けられた孔部１４は、非テーパ形状を有している。本実施の形態の孔部１４は、平面視において四角形状を有しており、具体的には、例えば平面視において矩形状を有している。平面視四角形状の各辺の長さは、例えば１０μｍ〜１５０μｍである。
図２に戻って、本実施の形態のメタルマスク本体１１は、少なくとも１つの開口部１２が形成された有孔領域１８と、開口部１２が形成されておらず、有孔領域１８の周囲を取り囲む領域を占める無孔領域１９と、を有している。図２に示すように、各有孔領域１８は、平面視において四角形状（例えば、矩形状）の輪郭を有している。
図示された例において、複数の有孔領域１８は、メタルマスク１０の一辺と平行な一方向に沿って所定の間隔を空けて配置されるとともに、前記一方向と直交する他方向に沿って所定の間隔を空けて配置されている。図示された例では、一つの有孔領域１８が一つの有機ＥＬディスプレイ装置に対応するようになっている。すなわち、図２に示された蒸着マスク装置２０（メタルマスク１０）によれば、多面付蒸着が可能となっている。
次に、以上のような本実施の形態の作用について説明する。
図３に示すように、本実施の形態によるメタルマスク１０を含む蒸着マスク装置２０は、メタルマスク１０の第２面１１ｂがガラス基板９２の表面と対向するようにして、蒸着装置９０のチャンバ９１内に支持される。ここでは、不図示の磁石によって、メタルマスク１０の第２面１１ｂとガラス基板９２の表面とが密着するように付勢される。この時、本実施の形態によるメタルマスク１０では、開口部１２の第２面１１ｂ側のバリの高さが１μｍ以下であるため、バリによりガラス基板９２の表面が損傷することが防止される。
チャンバ９１内には、メタルマスク１０に対してガラス基板９２とは反対側に、蒸着材料（例えば、有機発光材料）９８を収容する坩堝９４と、坩堝９４を加熱するヒータ９６と、が配置されている。坩堝９４内の蒸着材料９８は、ヒータ９６からの加熱により気化される。そして、気化された蒸着材料９８の一部は、メタルマスク１０の開口部１２を通過してガラス基板９２の表面に付着する。これにより、メタルマスク１０の開口部１２に対応した所定のパターンで、ガラス基板９２の表面に蒸着材料９８が成膜される。
以上のような本実施の形態のメタルマスク１０によれば、孔部１４の裏面側のバリの高さが１μｍ以下であるため、メタルマスク１０がガラス基板９２表面に対して接触して配置される場合に、バリによるガラス基板９２表面の損傷が効果的に防止され得る。
また、本実施の形態のメタルマスク１０によれば、孔部１４が平面視四角形状を有するため、例えば有機ＥＬディスプレイ装置を製造する際に当該メタルマスク１０を用いることにより、１画素に対応する平面視四角形状の有機発光層を容易に形成することができる。
次に、図４（ａ）〜（ｄ）を参照し、以上のような本実施の形態のメタルマスク１０の製造方法（本発明によるメタルマスクの製造方法の第１の実施の形態）について説明する。
まず、図４（ａ）に示すように、金属材料からなる板状の基材１１の第１面１１ａに、少なくとも１つのレジスト開口３２を有するレジスト膜３１が形成される。具体的には、基材１１の第１面１１ａに感光性のレジスト材料が塗布されてレジスト膜３１が形成された後、不図示のガラス乾板がレジスト膜３１上に配置され、レジスト膜３１に対してガラス乾板越しに光が照射されて露光される。その後、レジスト膜３１上に現像液が吹き付けられて現像され、レジスト膜３１に少なくとも１つのレジスト開口３２が形成される。
次に、図４（ｂ）に示すように、基材１１の第１面１１ａに向けてレジスト膜３１越しにエッチング液（例えば、強酸）が吹き付けられる。基材１１の第１面１１ａのうちレジスト膜３１によって覆われていない領域、すなわちレジスト開口３２から露出する領域に、エッチング液が進入して基材１１を侵食する。これにより、基材１１の第１面１１ａに局所的に凹部１３が形成される。次に、基材１１の第１面１１ａ上のエッチング液が洗浄水により除去される。
次に、図４（ｃ）に示すように、基材１１の第１面１１ａに向けてアルカリ液が供給されて、第１面１１ａからレジスト膜３１が除去される。
次に、図４（ｄ）に示すように、基材１１の第１面１１ａに形成された凹部１３の底面の裏面に、１ナノ秒より短いパルス幅のパルスレーザ３３が照射されて被照射領域が気化（アブレーション）され、凹部１３の底面から当該底面の裏面までを貫通する孔部１４が形成される。パルスレーザ３３は、具体的には、例えば、波長５３２ｎｍの固体レーザ（ＹＡＧレーザ）である。本実施の形態では、パルスレーザ３３は不図示のアパーチャによって四角形状（例えば、矩形状）の断面を有するように成形されており、当該断面の各辺の長さは１０μｍ〜１５０μｍである。これにより、凹部１３の底面から底面の裏面までを貫通する孔部１４は、各辺の長さが１０μｍ〜１５０μｍの平面視四角形状（例えば、平面視矩形状）を有するように形成される。
本件発明者の実際の検証によれば、以上のような本実施の形態において、１０ピコ秒のパルス幅のパルスレーザを用いて孔部１４が形成された結果、孔部１４の第２面１１ｂ側に生成されるバリの高さが１μｍ以下であることが確認された。本件発明者の知見によれば、より短いパルス幅のパルスレーザとして、１フェムト秒程度のパルス幅のパルスレーザまで実用可能となっている。パルスレーザのパルス幅が短いほど被照射領域の周囲に伝わる熱を低減できるから、要するに、１ナノ秒以下のパルス幅のパルスレーザであれば、生成されるバリの高さを１μｍ以下に低減することができる。
一方、比較例として、１０ナノ秒のパルス幅のパルスレーザを用いて孔部１４が形成された結果、孔部１４の第２面１１ｂ側に５μｍ以上の大きなバリが生成されることが確認された。
すなわち、以上のような本実施の形態のメタルマスクの製造方法によれば、１ナノ秒より短いパルス幅のパルスレーザ３３が凹部１３の底面の裏面に照射されることにより、基材１１の被照射領域は周囲に熱を伝える前に瞬間的に気化（アブレーション）され、これにより、熱による大きなバリの生成が抑制されながら、微細な孔部１４が形成され得る。本件発明者による実際の検証によれば、本実施の形態によって、生成されるバリの高さを１μｍ以下に低減することができる。これにより、例えばメタルマスク１０がガラス基板９２表面に接触して配置される場合に、バリによるガラス基板９２表面の損傷が効果的に防止され得る。
また、本実施の形態によれば、パルスレーザ３３は四角形状の断面を有するため、基材１１表面でパルスレーザを走査させなくても、平面視四角形状の孔部１４を容易に形成することができる。例えば有機ＥＬディスプレイ装置を製造する際に、このようにして得られたメタルマスク１０を用いることにより、１画素に対応する平面視四角形状の有機発光層を容易に成膜することができる。
なお、本実施の形態では、図４（ｃ）に示すように、孔部１４を形成する前にレジスト膜３１が除去されたが、これに限定されず、孔部１４を形成した後にレジスト膜３１が除去されてもよい。
また、本実施の形態では、図４（ｄ）に示すように、凹部１３の底面の裏面に、１ナノ秒より短いパルス幅のパルスレーザ３３が照射されて被照射領域が気化（アブレーション）され、凹部１３の底面から当該底面の裏面までを貫通する孔部１４が形成されたが、これに限定されず、図５に示すように、凹部１３の底面に、１ナノ秒より短いパルス幅のパルスレーザ３３が照射されて被照射領域が気化（アブレーション）され、凹部１３の底面から当該底面の裏面までを貫通する孔部１４が形成されてもよい（本発明によるメタルマスクの製造方法の第２の実施の形態）。このような第２の実施の形態によっても、第１の実施の形態と同様の作用効果が得られる。
次に、図６（ａ）〜（ｅ）を参照し、本発明によるメタルマスクの製造方法の第３の実施の形態について説明する。
まず、図６（ａ）に示すように、金属材料からなる板状の基材１１の第２面１１ｂに、１ナノ秒より短いパルス幅のパルスレーザ３３が照射されて被照射領域が気化（アブレーション）され、当該第２面１１ｂに有底の穴部１５が形成される。パルスレーザ３３は、具体的には、例えば、波長５３２ｎｍの固体レーザである。本実施の形態では、パルスレーザ３３は不図示のアパーチャによって四角形状（例えば、矩形状）の断面を有するように成形されており、当該断面の各辺の長さは１０μｍ〜１５０μｍである。これにより、有底の穴部１５は、各辺の長さが１０μｍ〜１５０μｍの平面視四角形状（例えば、平面視矩形状）を有するように形成される。
次に、図６（ｂ）に示すように、基材１１の第２面１１ｂに封止剤（例えば、樹脂）３５が塗布されて、有底の穴部１５に封止剤３５が充填される。
次に、図６（ｃ）に示すように、基材１１の第１面１１ａに、少なくとも１つのレジスト開口３２を有するレジスト膜３１が形成される。具体的には、基材１１の第１面１１ａに感光性のレジスト材料が塗布されてレジスト膜３１が形成された後、不図示のガラス乾板がレジスト膜３１上に配置され、レジスト膜３１に対してガラス乾板越しに光が照射されて露光される。その後、レジスト膜３１上に現像液が吹き付けられて現像され、レジスト膜３１に少なくとも１つのレジスト開口３２が形成される。図６（ｃ）に示すように、レジスト膜３１の各レジスト開口３２は、それぞれ、有底の穴部１５の裏面に対応する領域に形成される。
次に、図６（ｄ）に示すように、基材１１の第１面１１ａに向けてレジスト膜３１越しにエッチング液（例えば、強酸）が吹き付けられる。基材１１の第１面１１ａのうちレジスト開口３２から露出する領域、すなわち有底の穴部１５の裏面に対応する領域に、エッチング液が進入して基材１１を侵食する。これにより、穴部１５に連通する凹部１３が基材１１の第１面１１ａに形成される。その後、基材１１の第１面１１ａ上のエッチング液が洗浄水により除去される。
次に、図６（ｅ）に示すように、基材１１の第１面１１ａ及び第２面１１ｂに向けてアルカリ液が供給されて、第１面１１ａからレジスト膜３１が除去されるとともに、第２面１１ｂ及び穴部１５から封止剤が除去される。
以上のような本実施の形態のメタルマスクの製造方法によれば、１ナノ秒より短いパルス幅のパルスレーザ３３が基材１１の第２面１１ｂに照射されることにより、基材１１の被照射領域は周囲に熱を伝える前に瞬間的に気化（アブレーション）され、これにより、熱による大きなバリの生成が抑制されながら、微細な有底の穴部１５が形成され得る。本件発明者による実際の検証によれば、本発明によって、生成されるバリの高さを１μｍ以下に低減することができる。これにより、例えばメタルマスク１０がガラス基板９２表面に接触して配置される場合に、バリによるガラス基板９２表面の損傷が効果的に防止され得る。
また、本実施の形態によれば、パルスレーザ３３は四角形状の断面を有するため、基材１１表面でパルスレーザ３３を走査させなくても、平面視四角形状の穴部１５を容易に形成することができる。例えば有機ＥＬディスプレイ装置を製造する際に、このようにして得られたメタルマスク１０を用いることにより、１画素に対応する平面視四角形状の有機発光層を容易に成膜することができる。
なお、本実施の形態では、有底の穴部１５を形成した後、凹部１３を形成する前に、有底の穴部１５に封止剤を充填したが、これに限定されず、有底の穴部１５を形成した後、当該有底の穴部１５に封止剤を充填せずに凹部１３を形成してもよい。
１０ メタルマスク
１１ メタルマスク本体（基材）
１１ａ 第１面
１１ｂ 第２面
１２ 開口部
１３ 凹部
１４ 孔部
１５ 穴部
１８ 有孔領域
１９ 無孔領域
２０ 蒸着マスク装置
２５ フレーム
３１ レジスト膜
３２ レジスト開口
３３ パルスレーザ
３５ 封止剤
９０ 蒸着装置
９１ チャンバ
９２ ガラス基板
９４ 坩堝
９６ ヒータ
９７ 蒸着材料
１１ メタルマスク本体（基材）
１１ａ 第１面
１１ｂ 第２面
１２ 開口部
１３ 凹部
１４ 孔部
１５ 穴部
１８ 有孔領域
１９ 無孔領域
２０ 蒸着マスク装置
２５ フレーム
３１ レジスト膜
３２ レジスト開口
３３ パルスレーザ
３５ 封止剤
９０ 蒸着装置
９１ チャンバ
９２ ガラス基板
９４ 坩堝
９６ ヒータ
９７ 蒸着材料
Claims (5)
- 金属材料からなる板状の基材の第１面をエッチングして当該第１面に局所的に有底の凹部を形成する工程と、
１ナノ秒より短いパルス幅のパルスレーザを前記基材の前記凹部の底面または当該底面の裏面に照射して、当該底面から当該底面の裏面までを貫通する孔部を形成する工程と、
を備えたことを特徴とするメタルマスクの製造方法。 - 金属材料からなる板状の基材の第２面に、１ナノ秒より短いパルス幅のパルスレーザを照射して、当該第２面に有底の穴部を形成する工程と、
前記基材の前記有底の穴部の裏面をエッチングして、前記穴部に連通する凹部を局所的に形成する工程と、
を備えたことを特徴とするメタルマスクの製造方法。 - 前記有底の穴部を形成する工程の後、前記凹部を形成する工程の前に、前記有底の穴部に封止剤を充填する工程と、
前記凹部を形成する工程の後に、前記穴部から前記封止剤を除去する工程と、
を更に備えたことを特徴とする請求項２に記載のメタルマスクの製造方法。 - 前記パルスレーザは、四角形状の断面を有する
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のメタルマスクの製造方法。 - 前記断面の各辺は、１０μｍ〜１５０μｍである
ことを特徴とする請求項４に記載のメタルマスクの製造方法。
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