JP2004055231A

JP2004055231A - 有機ｅｌ素子製造に用いる真空蒸着用多面付けメタルマスク

Info

Publication number: JP2004055231A
Application number: JP2002208636A
Authority: JP
Inventors: Terunao Tsuchiya; 土屋　輝直
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2002-07-17
Filing date: 2002-07-17
Publication date: 2004-02-19

Abstract

【課題】有機ＥＬ素子製造における真空蒸着を生産性良く且つ高精細パターニングで実施可能なメタルマスクを提供する。
【解決手段】メタルマスク１１に、多数のスリットを配列した構造のマスク部１４を複数個形成すると共に、そのメタルマスクの、スリットに直交する断面における、マスク部１４の単位幅当たりの断面積と無スリット部分１１ｂの単位幅当たりの断面積との差を小さくして、マスク部と無スリット部分との剛性の差を小さく抑え、このメタルマスクをスリットに平行方向に引っ張るのみで、しわやたるみを生じることなく各マスク部のスリットを高精度で引き揃えることを可能とし、それをベースプレート１２に固定し、基板に対する真空蒸着に用いることで、高精細なパターニングを可能とする。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機ＥＬ素子の製造における真空蒸着工程において、基板表面に有機層又はカソード電極を所定のパターンに蒸着させるために用いるメタルマスク及びそのメタルマスクを用いた真空蒸着方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
有機ＥＬ素子は、図７に示すように、ガラス板等の透明基板１上に、アノード電極（ＩＴＯ）２、ホール輸送層３、有機層（発光層）４、電子輸送層５、カソード電極６をこの順に積層し、表面に封止缶７を配置した構成となっている。有機ＥＬ素子の種類には、有機層４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。これらの有機ＥＬ素子の製造工程において、パッシブタイプ及びアクティブタイプの低分子有機層の形成及びパッシブタイプのカソード電極６の形成には真空蒸着が行われている。そして、低分子有機層及びカソード電極の真空蒸着パターニングには、図８に示すように、蒸着すべき領域に多数の微細なスリットを微小間隔で平行に配列した構成のマスク部９を備えたメタルマスク８を使用していた。また、カソード電極の真空蒸着パターニングには、電気絶縁性の隔壁を形成するカソードセパレータ法（特開平８−３１５９８１号公報参照）が用いられることもあった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、かかる従来技術にはいずれも問題があった。すなわち、メタルマスクを用いる場合、従来は、蒸着すべき基板表面に単にメタルマスクを載置し、裏面から磁石を用いて保持させているが、そのメタルマスクのマスク部９は剛性がきわめて小さく、このため、メタルマスクを基板表面に保持させる際にマスク部のスリットにゆがみを生じ易く、特に、スリット形状をきわめて微細にすると、一層スリット精度が維持できなくなり、高精細パターニングができないという問題があった。また、従来、１枚のメタルマスク８に１個のマスク部９を形成しているのみであるので、１個ずつの蒸着操作となり、生産性が悪いという問題もあった。
【０００４】
そこで、メタルマスクを用いて真空蒸着を行う場合の生産性を上げるには、図９に示すように、マスク部９を複数個所に形成し、その他の領域を無スリット部分８ｂ、８ｃとした多面付けメタルマスク８Ａを用いることが考えられる。ところが、このように複数個所にマスク部９を形成すると、図８に示す１個のマスク部９を備えたものよりも更に、マスク部９のスリットにゆがみを生じ易く、高精細パターニングができないという問題が生じた。この問題を解決するには、適当な引張装置を用いてメタルマスクに、マスク部のスリットに平行方向のテンションを付加してスリットを引き揃え、その状態で剛性の大きいベースプレートに適当な治具によって固定する方法が考えられる。ところが、多面付けメタルマスク８Ａに、スリットに平行方向のテンションを加えると、そのメタルマスク８Ａには、スリットに直角な断面において、図１１に誇張して示すように、マスク部９とそれに隣接した無スリット部分８ｂとの境界部分にしわのような不安定変形１０が生じ、これによってスリット精度が悪くなるという問題が生じた。これを防ぐには、更に、スリットに直交する方向にもテンションを加え、しわのような不安定変形をなくすことが考えられるが、その場合には縦横両方向のテンションバランスをうまく取らなければならず、作業性がきわめて悪いという問題が生じる。
【０００５】
一方、カソードセパレータ法は、フォトリソグラフィーにて露光の強弱を調整して隔壁の斜面の角度を作っているため、安定した製造が困難であった（逆台形断面の隔壁の斜面部分のテーパー角度が小さいと電極の分離ができず、大きいと三角形状になり倒れてしまう）。
【０００６】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、多面付けによる真空蒸着を可能とする多面付けメタルマスクであって、そのメタルマスクに形成しているスリットに平行方向にテンションを付与するのみで、しわのような不安定変形を生じることなく、各マスク部のスリットを高精度で引き揃えることを可能とした多面付けメタルマスクを提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、多面付けメタルマスク８Ａをスリットに平行方向に引っ張った時に生じるしわ等の不安定変形の原因を検討の結果、次の事項を見出した。すなわち、多面付けメタルマスク８Ａのマスク部９は、一定厚さの金属板にエッチングによって多数のスリットを形成したものであるので、そのマスク部９及びそれに隣接した無スリット部分８ｂのスリットに直角な断面は、図１０に示すようになっており、マスク部９は多数の金属線部８ａとその間のスリット９ａで構成されている。このため、マスク部９の単位幅当たりの断面積は、無スリット部分２ｂの単位幅当たりの断面積に比べて、例えば１／２程度と、きわめて小さくなっており、従って、マスク部９と無スリット部分２ｂでは剛性が大きく異なっている。この剛性の大きい差或いは不連続が、メタルマスク８Ａをスリットに平行方向に引っ張った時に生じるしわ等の不安定変形の原因となっており、これを無くすか或いは小さくすることで不安定変形を防止できる。
【０００８】
本願発明はかかる知見に基づいてなされたもので、一つの解決手段は、有機ＥＬ素子製造に用いる真空蒸着用の多面付けメタルマスクを、マスク部に形成しているスリットに平行方向に引っ張るのみで、各マスク部のスリットを高精度で引き揃えることを可能とするため、メタルマスクの前記スリットに直交する方向の断面における前記マスク部の単位幅当たりの断面積と、マスク部以外の無スリット部分の単位幅当たりの断面積との差を、マスク部の単位幅当たりの断面積の５０％以内となるようにするという構成としたものである。この構成により、マスク部と無スリット部分との剛性の差が、マスク部の剛性の５０％以下に抑えられることとなり、これにより、このメタルマスクをスリットに平行方向に引っ張った時に、メタルマスクがその引張方向に直角方向に引き込まれてしわが生じるといった現象が生じにくくなり、一軸方向のテンションのみで、しわのような不安定変形を生じることなく、各マスク部のスリットを高精度で引き揃えることが可能となる。本発明の実施に当たって、しわの発生をより確実に防止するには、マスク部と無スリット部分との剛性の差を極力小さくすることが好ましく、従って、前記マスク部の単位幅当たりの断面積と、無スリット部分の単位幅当たりの断面積とを等しくすることが好ましい。
【０００９】
ここで、前記無スリット部分の単位幅当たりの断面積を、マスク部の単位幅当たりの断面積に近づけるための具体的な構造としては、前記無スリット部分の厚さを、前記マスク部の厚さより小さくした構造を挙げることができる。また、前記無スリット部分に、前記マスク部のスリットと平行な複数の溝を、無スリット部分を貫通しない形態で形成した構造も有効である。
【００１０】
本願の第二の解決手段は、有機ＥＬ素子製造に用いる真空蒸着用の多面付けメタルマスクを、マスク部に形成しているスリットに平行方向に引っ張るのみで、各マスク部のスリットを高精度で引き揃えることを可能とするため、そのメタルマスクのスリットに直交する断面における、前記無スリット部分の、前記マスク部に隣接した領域における単位幅当たりの断面積を、前記マスク部の単位幅当たりの断面積にほぼ等しい値から、前記マスク部から離れるに従って徐々に増加するようにするという構成としたものである。この構成により、マスク部と無スリット部分との境界において剛性の急激な変化が抑制され、このメタルマスクをスリットに平行方向に引っ張った時に、メタルマスクがその引張方向に直角方向に引き込まれてしわが生じるといった現象が生じにくくなり、一軸方向のテンションのみで、しわのような不安定変形を生じることなく、各マスク部のスリットを高精度で引き揃えることが可能となる。
【００１１】
ここで、前記無スリット部分の、マスク部に隣接した領域における単位幅当たりの断面積を徐々に増加するように変化させるための具体的な構造としては、前記無スリット部分の厚さを徐々に厚くした構造を挙げることができる。また、前記無スリット部分に、前記マスク部のスリットと平行な複数の溝を、無スリット部分を貫通しない形態で形成し、その溝断面を徐々に小さくさせた構造を採用することもできる。
【００１２】
上記構成のメタルマスクを、前記マスク部のスリットに平行方向に張力を付与した状態でベースプレートに固定することで、多数のマスク部をゆがみの無い状態とし且つ各スリットを正確に引き揃えた状態としてベースプレートに固定でき、そのベースプレート及びそれに固定したメタルマスクを、有機ＥＬ素子製造における真空蒸着工程に用い、メタルマスク上に重ねて配置した基板上に真空蒸着を行うことで、目的とする高精細なパターンを基板上に多面付けで生産性良く形成することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面に示す本発明の好適な実施の形態を説明する。図１は本発明の一実施の形態に係る真空蒸着用のメタルマスク１１及びそれを保持させるためのベースプレート１２を示す概略斜視図、図２はそのメタルマスク１１をベースプレート１２に取り付けた状態を示す概略斜視図、図３はメタルマスク１１のマスク部とそれに隣接した無スリット部分のスリットに直交する断面を示す概略断面図である。なお、以下の説明において、図面に示すＸ−Ｘ方向を横方向、Ｙ−Ｙ方向を縦方向と称する。メタルマスク１１は厚さが４０μｍ〜１５０μｍ程度のステンレス鋼、鉄ニッケル合金（例えば、４２アロイ、３６インバーなど）等の金属板で形成されるもので、複数のマスク部１４を縦横に適当な間隔を開けて配列している。各マスク部１４は、縦方向に延びる多数の細い金属線部１１ａ（図３参照）を微小間隔で配列して多数の微小なスリット１５を形成したものである。マスク部１４のサイズは、形成しようとする有機ＥＬ素子の大きさに応じて適宜定めるものであり、１例としては、長さ（縦方向）６０ｍｍ、幅（横方向）４０ｍｍ程度を挙げることができる。横方向に並んだマスク部１４の間並びにマスク部１４と側縁との間は、メタルマスク１１を貫通するスリットの無い無スリット部分１１ｂとなっており、また、縦方向に並んだマスク部１４の間も、メタルマスク１１を貫通するスリットの無い無スリット部分１１ｃとなっている。更に、メタルマスク１１の多数のマスク部１４を形成した領域の両端には、このメタルマスク１１をベースプレート１２に固定、保持させるための保持部１１ｄと、更にその外側の補助保持部１１ｅと、両者の間に形成された易切断線１１ｆが設けられている。この易切断線１１ｆは、補助保持部１１ｅを保持部１１ｄに対して折り曲げることなどにより、容易に引きちぎることができるように設けたものである。
【００１４】
マスク部１４に形成するスリット１５の幅及びピッチ等は形成すべき有機ＥＬ素子の所望画素数に応じて適宜定めるものであり、一例では、図３において、スリット１５の最小幅を６０μｍ、金属線部１１ａの最大幅を１２０μｍとする。金属線部１１ａの断面形状は、単純な矩形でもよいが、この実施の形態では、台形状とし、スリット１５の形状を、図面で上に行くに従って狭まる形状としている。この形状を採用することで、このメタルマスク１１の上面に基板を配置し、下方から蒸気を当てて蒸着する際に、蒸気が下面の広い開口から進入し、基板に均一に蒸着するという利点が得られる。このマスク部１４に隣接している無スリット部分１１ｂは、従来とは異なり、その全体の厚さｔ_１を、マスク部１４の厚さｔ_０よりも薄くしている。ここで、無スリット部分１１ｂの厚さｔ_１は、単位幅当たりの断面積が、マスク部１４の単位幅当たりの断面積にほぼ等しくなるように設定している。例えば、マスク部１４において、スリット１５の断面積と金属線部１１ａの断面積とが等しい場合には、無スリット部分１１ｂの厚さｔ_１を、マスク部１４の厚さｔ_０の１／２とする。これにより、メタルマスク１１の、スリット１５に直交する断面では、スリット部１４、無スリット部分１１ｂに関係なく、剛性が幅方向にほぼ一定となる。無スリット部分１１ｂの厚さを薄くする具体的な方法としては、例えば、エッチングを挙げることができる。なお、メタルマスク１１のマスク部１４及び無スリット部分１１ｂ以外の領域、例えば、無スリット領域１１ｃ、保持部１１ｄ、補助保持部１１ｅ等の厚さは、任意であり、メタルマスクに加工する前の金属板の厚さ（マスク部１４の厚さに等しい）のままとしておいてもよいし、無スリット部分１１ｂと同じ厚さとしてもよいが、保持部１１ｄ、補助保持部１１ｅは元の金属板の厚さのままとしておくことが、強度を大きくでき且つ薄肉化加工する面積が少なくて済むので好ましい。
【００１５】
図１、図２において、ベースプレート１２は、その上にメタルマスク１１を取り付け且つ張力を加えた状態に保持しうる強度を備えたものであり、上面に配置したメタルマスク１１の全マスク部１４を露出させうる開口１６を備えている。なお、開口１６は図示のように、全マスク部１４を露出させうる１個のものに限らず、マスク部１４に重ならない位置に適当な仕切りを入れて複数の開口に分割したものでもよい。
【００１６】
次に、上記構成のメタルマスク１１を用いた真空蒸着方法を説明する。まずメタルマスク１１の両端の補助保持部１１ｅ、１１ｅの全幅を適当な治具でつかんで縦方向に引っ張る。これにより、各マスク部１１の金属線部１１ａがその長手方向に引っ張られ、所定の間隔となるように引き揃えられる。この際、各マスク部１１の間には無スリット部分１１ｂが存在しているが、この部分の単位幅当たりの断面積をマスク部１１の単位幅当たりの断面積にほぼ等しく設定しているため、メタルマスク１１を単に縦方向に引っ張るのみで、メタルマスク１１全体を平坦に保つことができ、図１１で示したようなしわは生じない。かくして、メタルマスク１１を単に縦方向に引っ張るのみで、各マスク部１１をゆがみやたわみの無い平坦な状態とし且つスリットを正確に引き揃えることができる。次に、張力を加えた状態のメタルマスク１１をベースプレート１２上の所定位置に乗せ、両端の保持部１１ｄ、１１ｄをベースプレート１２に適当な手段（例えば、スポット溶接或いはクランプ等）で固定する。なお、図２はスポット溶接で固定した場合を示しており、符号１７はスポット溶接位置を示している。その後、外側の補助保持部１１ｅ、１１ｅを易切断線１１ｆ、１１ｆのところから切り離し、除去する。これにより、メタルマスク１１は適当な張力を加えられ、平坦に保持された状態でベースプレート１２に固定、保持される。その後、このベースプレート１２及びその上に保持したメタルマスク１１を用いて、有機ＥＬ素子のパッシブタイプ及びアクティブタイプの低分子有機層や、パッシブタイプのカソード電極を形成するための真空蒸着操作を行う。すなわち、メタルマスク１１の上に基板を重ねて取り付け、真空蒸着装置にセットして真空蒸着を行う。これにより、目的とする高精細なパターンを多面付けにて生産性良く基板上に形成することができる。
【００１７】
なお、上記の実施の形態では、図３に示すように、無スリット部分１１ｂの単位幅当たりの断面積を、マスク部１４の単位幅当たりの断面積にほぼ等しくし、これによってメタルマスク１１を縦方向に引っ張った時のしわなどの不安定変形の発生を防止しているが、この不安定変形を防止するには、無スリット部分１１ｂの単位幅当たりの断面積を必ずしも、マスク部１４の単位幅当たりの断面積に等しくする場合に限定されず、或る程度の範囲内であれば、差があっても良い。本発明者らが確認した結果、無スリット部分１１ｂの単位幅当たりの断面積とマスク部１４の単位幅当たりの断面積の差が、マスク部１４の単位幅当たりの断面積の５０％以内程度であれば、不安定変形を防止できる。従って、本発明の実施に当たっては、この範囲内となるように、無スリット部分１１ｂの単位幅当たりの断面積を設定すればよい。
【００１８】
また、図３の実施の形態では、無スリット部分１１ｂの断面積を小さくするために、無スリット部分１１ｂ全体の厚さを薄くしているが、本発明はこの構造に限らず、図４に示すように、無スリット部分１１ｂに、マスク部１４のスリットと平行な複数の溝１８を、無スリット部分１１ｂを貫通しない形態で形成してもよい。この場合においても、無スリット部分１１ｂの単位幅当たりの断面積とマスク部１４の単位幅当たりの断面積の差が、マスク部１４の単位幅当たりの断面積の５０％以内に設定するものであり、好ましくは、両者の差がほとんどなくなるように設定する。なお、溝１８を形成して無スリット部分１１ｂの単位幅当たりの断面積を所望の値となるように調整するには、溝１８の深さ、幅、ピッチ等を適宜選定すればよい。溝１８の形成もエッチングで行えばよい。
【００１９】
上記の実施の形態はいずれも、無スリット部分１１ｂの全体を、単位幅当たりの断面積が所望の値となるようにしているが、メタルマスク１１を縦方向に引っ張った時のしわなどの不安定変形の発生を防止するには、必ずしも無スリット部分１１ｂの全体の断面積を小さくする必要はなく、無スリット部分の、マスク部に隣接した領域における単位幅当たりの断面積が、マスク部の単位幅当たりの断面積にほぼ等しい値から、前記マスク部から離れるに従って徐々に増加するようにすることでもよい。図５、図６はこの場合の実施の形態を示すものである。すなわち、図５の実施の形態では、無スリット部分１１ｂの厚さを、マスク部１４に接する位置では、単位幅当たりの断面積が、マスク部１４の単位幅当たりの断面積にほぼ等しい値とし、マスク部１４から離れるに従って徐々に増加させ、距離Ｗだけ離れた位置で、マスク部１４の厚さに等しくなるようにしている。また、図６の実施の形態では、無スリット部分１１Ｂのマスク部１４に隣接した幅Ｗの領域内に、スリット１５と平行な複数の溝２０を形成し、その溝２０の断面積を、マスク部１４から遠ざかるにつれて小さくし、これによって、無スリット部分１１Ｂの単位幅当たりの断面積が徐々に増加するようにしている。ここで、断面積を変化させる領域の幅Ｗとしては、２〜５ｍｍ程度で良い。図５、図６に示す断面形状のメタルマスク１１を用いる場合においても、メタルマスク１１を縦方向に引っ張ることで、しわなどの不安定変形を発生することなく、メタルマスク１１を平坦にし且つ各スリットを引き揃えることができ、このメタルマスク１１を用いて、高精細なパターンを多面付けにて生産性良く基板上に形成することができる。
【００２０】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明のメタルマスクは、それを縦方向に（スリットに平行方向）に引っ張ることで、しわのような不安定変形を生じることなく、各マスク部のスリットを高精度で引き揃えることができ、これを引っ張った状態でベースプレートに固定、保持させることで、きわめて微細なスリットを微細な間隔に配置した高精細なマスク部でも、スリットを真っ直ぐな状態で且つ所定のピッチに保持した状態とすることができ、これを真空蒸着に用いることにより高精細なパターンを基板上に形成できる。かくして、有機ＥＬ素子の製造工程において、パッシブタイプ及びアクティブタイプの低分子有機層や、パッシブタイプのカソード電極を、高精細パターンで生産性よく形成することができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係る真空蒸着用のメタルマスク及びそれを保持させるためのベースプレートを示す概略斜視図
【図２】図１に示すメタルマスクをベースプレートに取り付けて示す概略斜視図
【図３】図１に示すメタルマスクのマスク部とそれに隣接した無スリット部分の、スリットに直交する断面を示す概略断面図
【図４】本発明の他の実施の形態に係るメタルマスクの、図３と同一部分を示す概略断面図
【図５】本発明の更に他の実施の形態に係るメタルマスクの、図３と同一部分を示す概略断面図
【図６】本発明の更に他の実施の形態に係るメタルマスクの、図３と同一部分を示す概略断面図
【図７】有機ＥＬ素子の一部を拡大して示す概略斜視図
【図８】従来のメタルマスクの概略平面図
【図９】多面付けメタルマスクの例を示す概略平面図
【図１０】図９に示す従来のメタルマスクのマスク部とそれに隣接した無スリット部分の、スリットに直交する断面を示す概略断面図
【図１１】図９に示す従来のメタルマスクを、それに形成しているスリットに平行方向に引っ張った時に生じるしわ等の不安定変形を誇張して示す概略断面図
【符号の説明】
１１　メタルマスク
１１ａ　金属線部
１１ｂ、１１ｃ　無スリット部分
１１ｄ　保持部
１１ｅ　補助保持部
１１ｆ　易切断線
１２　ベースプレート
１４　マスク部
１５　スリット
１８、２０　溝

Claims

多数の微小なスリットを微小間隔で配列した構成のマスク部を、少なくとも前記スリットに直交する方向に間隔を開けて複数個配列した構成の、有機ＥＬ素子製造に用いる真空蒸着用のメタルマスクにおいて、該メタルマスクの前記スリットに直交する方向の断面における前記マスク部の単位幅当たりの断面積と、マスク部以外の無スリット部分の単位幅当たりの断面積との差を、マスク部の単位幅当たりの断面積の５０％以内となるようにしたことを特徴とする、有機ＥＬ素子製造に用いる真空蒸着用多面付けメタルマスク。
前記無スリット部分の厚さを、前記マスク部の厚さより小さくすることで、前記マスク部の単位幅当たりの断面積と、マスク部以外の無スリット部分の単位幅当たりの断面積との差を、マスク部の単位幅当たりの断面積の５０％以内に抑制することを特徴とする請求項１記載の、有機ＥＬ素子製造に用いる真空蒸着用多面付けメタルマスク。
前記無スリット部分に、前記マスク部のスリットと平行な複数の溝を、無スリット部分を貫通しない形態で形成することで、前記マスク部の単位幅当たりの断面積と、マスク部以外の無スリット部分の単位幅当たりの断面積との差を、マスク部の単位幅当たりの断面積の５０％以内に抑制することを特徴とする請求項１記載の、有機ＥＬ素子製造に用いる真空蒸着用多面付けメタルマスク。
多数の微小なスリットを微小間隔で配列した構成のマスク部を、少なくとも前記スリットに直交する方向に間隔を開けて複数個配列した構成の、有機ＥＬ素子製造に用いる真空蒸着用のメタルマスクにおいて、該メタルマスクの前記スリットに直交する断面における、前記無スリット部分の、前記マスク部に隣接した領域における単位幅当たりの断面積を、前記マスク部の単位幅当たりの断面積にほぼ等しい値から、前記マスク部から離れるに従って徐々に増加するようにしたことを特徴とする、有機ＥＬ素子製造に用いる真空蒸着用多面付けメタルマスク。
前記無スリット部分の、前記マスク部に隣接した領域に、前記マスク部のスリットと平行な複数の溝を、無スリット部分を貫通しない形態で且つ前記マスク部から遠ざかるにつれて、その溝断面が徐々に小さくなるように形成していることを特徴とする請求項４記載の、有機ＥＬ素子製造に用いる真空蒸着用多面付けメタルマスク。
請求項１から５のいずれか１項記載のメタルマスクを、前記マスク部のスリットに平行方向に張力を付与した状態でベースプレートに固定し、そのベースプレート及びそれに固定したメタルマスクを用いて真空蒸着を行うことを特徴とする真空蒸着方法。