JP6035548B2 - 蒸着マスク - Google Patents

Description

本発明は、磁性金属部材と樹脂製フィルムとを密接させた構造の複合型の蒸着マスクに関し、特に、熱変形を抑制して蒸着される薄膜パターンの高精細化を図り得る蒸着マスクに係るものである。

従来の蒸着マスクは、板厚が３０μｍ〜１００μｍ程度の金属板をレジストマスクを使用してウェットエッチングし、スリット状の開口パターンを形成したものとなっていた（例えば、特許文献１参照）。

特開２００９−１２９７２８号公報

しかし、このような従来の蒸着マスクにおいては、金属板をウェットエッチング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、ウェットエッチングの等方性エッチングにより開口パターンの解像度が悪く、板厚の数倍の開口幅しか形成することができなかった。

特に、金属板として線膨張係数が１×１０^−６／℃程度と小さいインバーが使用されたときには、インバーはウェットエッチングし難いため、形成される開口パターンは、有機ＥＬ用ＴＦＴ基板の電極形状に合わせて矩形状に形成することができなかった。そこで、インバーをマスクの基材として使用するときには、一般に、上記特許文献１に記載されているように、開口パターンは細長いスリット状に形成することが多かった。

そして、図６（ａ）に示すように、このようなメタルの蒸着マスク１は、被蒸着基板としての基板１７の裏面に配置された磁石１５により吸着され、基板１７の蒸着面に密着保持された状態で使用される。この場合、インバー２２の隣接する開口パターン６間の細長状の部分２２ａに作用する磁束は、蒸着マスク１の全面に亘って一様ではないため、密着力をあげるために磁石１５の磁界強度を強くするとインバー２２の上記部分２２ａが、その長軸と交差する方向（Ｘ軸方向）に動いて、開口パターン６が変形することがある。そこで、通常は、インバー２２の上記部分２２ａが動かない程度に強度を弱めた磁界（例えば、２０ｍＴ程度）が適用される。

一方、上記蒸着マスク１を、図６（ｂ）に示すように、蒸着源２０をスリット状の開口パターン６の長軸（Ｙ軸）に交差する方向（Ｘ軸方向）に移動しながら蒸着する蒸着装置に適用したときには、蒸着源２０の輻射熱により蒸着マスク１の蒸着源２０に対向した部分だけが加熱されることになる。特に、当該部分のインバー２２は薄くて細長いため、基板１７に比べて熱容量が小さい。したがって、インバー２２の隣接する開口パターン６間の細長状の部分２２ａが熱膨張して、その長軸方向（Ｙ軸方向）に伸びることになる。

上述したように、上記蒸着マスク１に対しては、強度の強い磁界を作用させることができないため、磁石１５によるインバー２２の拘束力が弱い。したがって、蒸着源２０によって加熱されて伸びたインバー２２の上記部分２２ａは、図６（ｂ）に示すように、基板１７の蒸着面から剥がれて垂れ下がり、インバー２２の当該部分２２ａの裏面と基板１７の蒸着面との間に隙間２３が生じることになる。そのため、蒸着源２０から蒸発した蒸着材料Ｍの回り込みにより薄膜パターン２１のエッジがぼやけたり、形状が拡大したりする問題がある。特に、薄膜パターン２１が高精細になればなるほどこの問題は無視することができず、これが高精細化を制限する一要因ともなっていた。

そこで、本発明は、このような問題点に対処し、熱変形を抑制して蒸着される薄膜パターンの高精細化を図り得る蒸着マスク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、本発明による蒸着マスクは、スリット状の複数の貫通孔を並列に並べて有するシート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を有し、前記各貫通孔内の前記フィルムの部分に貫通する複数の開口パターンを設けた蒸着マスクであって、前記フィルムは、線膨張係数が直交二軸で異なる異方性を有し、前記磁性金属部材の前記貫通孔の長軸に交差する方向に前記フィルムの線膨張係数の小さい軸を合わせたものである。

本発明によれば、磁性金属部材の隣接する貫通孔間の細長状の部分は、その長軸と交差する方向にフィルムを介して互いに繋がって同方向の動きが規制されているため、磁性金属部材を吸着してマスクを基板に密着させるために基板の裏面に配置される磁石の磁界強度を従来よりも強くしても、磁性金属部材の上記部分が動くおそれがない。したがって、磁石の磁界強度を強くして磁性金属部材に対する吸着力を増すことにより、蒸着源の輻射熱により磁性金属部材が部分的に加熱されて伸びても磁性金属部材の上記部分が基板面から剥がれて垂れ下がるのを防止することができる。それ故、マスクと基板との間に隙間が生じず、蒸着源から蒸発した蒸着材料のマスク裏面側への回り込みが抑制されて薄膜パターンのエッジがぼやけたり、形状が拡大したりするのを抑制することができる。したがって、薄膜パターンの高精細化が進んでも容易に対応することができる。

また、フィルムが線膨張係数に異方性を有し、磁性金属部材の貫通孔の長軸に交差する方向に上記フィルムの線膨張係数の小さい軸を合わせているので、同方向へのフィルムの伸び（熱変形）が抑えられ、開口パターンの同方向への位置ずれ及び形状拡大が抑えられる。したがって、これによっても、薄膜パターンの高精細化に対応することができる。

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）の要部拡大断面図である。 本発明による蒸着マスクの製造について示す図であり、マスク用部材の作製工程を説明する断面図である。 本発明による蒸着マスクの製造について示す図であり、フレーム接合工程を説明する断面図である。 本発明による蒸着マスクの製造について示す図であり、開口パターン形成工程を説明する断面図である。 本発明による蒸着マスクを使用して行う蒸着について説明する断面図である。 従来のメタルマスクを使用して行う蒸着について説明する断面図である。

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）の要部拡大断面図である。この蒸着マスク１は、磁性金属部材と樹脂製フィルムとを密接させた構造を有するもので、磁性金属部材２と、樹脂製フィルム３と、フレーム４と、を備えて構成されている。

上記磁性金属部材２は、後述のフィルム３を保持すると共に、被蒸着基板（以下、単に「基板」という）の裏面に配置された磁石（例えば、電磁石）によって吸着され、基板との間に上記フィルム３を挟んで該フィルム３を基板の蒸着面に密着させるためのもので、基板としての、例えばガラス基板の線膨張係数（例えば５×１０^−６／℃）に近似した線膨張係数を有する、例えばＦｅ−Ｎｉ系合金、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金等のシート状部材である。そして、細長いスリット状の複数の貫通孔５を予め定められた所定間隔で並列に並べて有している。

上記磁性金属部材２の一面には、可視光を透過する樹脂製のフィルム３が密接して設けられている。このフィルム３は、マスクの本体部を成すもので、線膨張係数が直交二軸（Ｘ軸、Ｙ軸）で異なる異方性を有し、上記磁性金属部材２の貫通孔５の長軸に交差する方向に線膨張係数の小さい軸（Ｘ軸）が合わされている。この場合、上記係数の小さい軸（Ｘ軸）方向の線膨張係数は、磁性金属部材２の線膨張係数に合わせて、例えば５０℃〜２００℃の温度範囲で４×１０^−６／℃〜５×１０^−６／℃の樹脂フィルムが選択される。このような樹脂フィルムとしては、具体的には、例えば東レ・デュポン株式会社製のポリイミドフィルムでカプトン（米国デュポン社の登録商標）１５０ＥＮ−Ａがある。

上記磁性金属部材２の各貫通孔５内には、貫通孔５の長軸方向に並べてフィルム３を貫通する複数の開口パターン６が設けられている。この開口パターン６は、蒸着源から蒸発した蒸着材料を選択的に通過させて、基板上に一定形状の薄膜パターンを形成させるためのもので、例えば有機ＥＬ用ＴＦＴ基板のアノード電極と同じ形状大きさに形成されている。又は、同色に対応した複数のアノード電極に跨った大きさに形成されてもよい。

上記磁性金属部材２の周縁部に接合してフレーム４が設けられている。このフレーム４は、磁性金属部材２とフィルム３との複合シートを張った状態で支持するもので、上記複数の貫通孔５を内包する大きさの開口７を有する枠状の部材であり、磁性金属部材２と同じ金属材料又は近似した線膨張係数を有する金属材料で形成されている。なお、磁性金属部材２とフレーム４との接合は、接着剤を使用して行ってもよいが、蒸着時の熱で発生するアウトガスにより薄膜パターンが汚染されるおそれがあるため、溶接するのが望ましい。

次に、このように構成された蒸着マスク１の製造について説明する。本発明による蒸着マスク１は、大別してマスク用部材の形成工程、フレーム接合工程及び開口パターン形成工程を経て製造される。最初に、マスク用部材の形成工程について、図２を参照して説明する。

先ず、図２（ａ）に示すように、線膨張係数が直交二軸で異なり異方性を有する、厚みが１０μｍ〜３０μｍ程度で長尺の例えばポリイミドフィルムを裁断して一定面積のフィルム３を作製する。

上記ポリイミドフィルムは、例えば東レ・デュポン株式会社製のカプトン（登録商標）１５０ＥＮ−Ａである。このポリイミドフィルムは、長手方向（機械搬送方向で図１のＹ軸方向に相当）の線膨張係数が１２×１０^−６／℃、幅方向（図１のＸ軸方向に相当）の線膨張係数が５×１０^−６／℃であり、予め定められた所定の温度を加えながら幅方向に延伸させることによって製造される。

次に、図２（ｂ）に示すように、上記フィルム３の一面に良電導性の金属膜からなるシード層８を蒸着、スパッタリング又は無電解めっき等の公知の成膜技術により５０ｎｍ程度の厚みで形成する。この場合、フィルム３が上述のようにポリイミドであるときには、シード層８としてニッケル等を使用するのがよい。銅はポリイミド内に拡散するため、ポリイミドに対するシード層８としては好ましくない。

次で、図２（ｃ）に示すように、フィルム３のシード層８上にフォトレジストを３０μｍ〜５０μｍの厚みに例えばスプレー塗布した後、これを乾燥してレジスト層９を形成する。

続いて、図２（ｄ）に示すように、フォトマスクを使用してレジスト層９を露光・現像し、細長いスリット状の複数の貫通孔５の形成位置に対応して該貫通孔５と形状寸法の同じ複数の島パターン１０を形成する。この場合、スリット状の貫通孔５は、フィルム３の熱膨張係数が小さい軸（Ｘ軸）方向と交差する方向（Ｙ軸方向）に長軸を有するものであるため、島パターン１０はＹ軸方向に細長く形成される。また、同時に、複数の島パターン１０を内包する蒸着有効領域外の部分にて、予め定められた所定位置に図示省略のアライメントマーク用の島パターンも形成される。

次に、フィルム３をめっき浴に浸漬して、図２（ｅ）に示すように、上記島パターン１０の外側のシード層８上に磁性金属部材２として、線膨張係数が例えば５×１０^−６／℃程度の例えばＦｅ−Ｎｉ系合金、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金等を３０μｍ〜５０μｍの厚みに形成する。この場合、使用するめっき浴は、形成しようとする磁性金属部材２に応じて公知のめっき浴のうちから適宜選択される。その後、同図（ｆ）に示すように、有機溶剤又は上記レジストに専用の剥離剤を使用して島パターン１０を剥離し、該島パターン１０に対応した位置に開口部１１を形成する。

次いで、フィルム３をシード層８のエッチング液中を通過させて、図２（ｇ）に示すように、上記開口部１１内のシード層８をエッチングして除去し貫通孔５を形成する。さらに、フィルム３を洗浄してマスク用部材１２を得る。

次に、フレーム接合工程について、図３を参照して説明する。
先ず、図３（ａ）に示すように、上記マスク用部材１２をＸ軸、Ｙ軸方向に一定のテンションをかけた状態で枠状のフレーム４に架張し、同図（ｂ）に示すようにマスク用部材１２の周縁部にレーザ光Ｌを照射して磁性金属部材２とフレーム４とを溶接する。

続いて、開口パターン形成工程について、図４を参照して説明する。
先ず、図４（ａ）に示すように、レーザ加工装置のＸＹステージ１３上にマスク用部材１２を、フィルム３を下側にして載置する。このＸＹステージ１３は、ガラスプレート１４の表面を載置面とし、ガラスプレート１４の裏面側に磁石１５（例えば電磁石）を配置した構造を有し、Ｘ軸及びＹ軸方向に移動可能に構成されている。したがって、マスク用部材１２は、上記磁石１５により磁性金属部材２が吸着されてガラスプレート１４に密着固定される。このとき、同図に示すように、ガラスプレート１４上に例えばエタノール等の液体１６を塗布し、液体１６の表面張力によりフィルム３をガラスプレート１４上に密着させるとよい。

次に、図４（ｂ）に示すように、開口パターン６が形成される。詳細には、開口パターン６は、ＸＹステージ１３を予め定められた所定ピッチでＸＹ方向にステップ移動しながら、図示省略のレーザ照射装置により、例えば波長が３５５ｎｍのレーザ光Ｌを磁性金属部材２の貫通孔５内のフィルム３上に集光し、フィルム３をレーザアブレーションして形成される。このとき、集光するレーザ光Ｌの焦点における断面形状は、開口パターン６と同じ形状大きさとなるように整形されている。したがって、レーザ光Ｌの焦点位置がフィルム３の下面の位置に合致するように焦点高さ位置を適切に制御すれば、開口パターン６の磁性金属部材２とは反対側の開口端の形状を設計通りに仕上げることができる。それ故、図５に示すように磁性金属部材２とは反対側のフィルム３の面３ａを基板１７との密着面とすれば、設計通りの大きさの薄膜パターン２１を蒸着形成することができる。なお、レーザ光Ｌの波長は、３５５ｎｍに限られず、樹脂フィルム３をアブレーション加工することが可能であれば２６６ｎｍ，２５４ｎｍ又はそれ以下であってもよい。

また、レーザ光Ｌの焦点の高さ位置をフィルム３の磁性金属部材２側の面からその反対側の面３ａに向かって徐々に下げながら、複数ショットで開口パターン６を形成すれば、図１（ｂ）に示すように、開口面積がフィルム３の磁性金属部材２側の面３ｂからその反対側の面３ａに向かって暫時狭くなるように、側壁１８にテーパを付けて開口パターン６を形成することができる。このとき、開口パターン６の側壁１８のテーパ角度を蒸着材料の分子のマスク面に対する最大入射角度（マスク面の法線と成す角度）に合わせて、例えば２０°〜５０°に形成すれば、フィルム３の磁性金属部材２側における開口パターン６の開口端縁部６ａが蒸着の影となるのをより効果的に防止することができる。

なお、開口パターン形成工程においては、複数の開口パターン６のうち、いずれか一つの開口パターン６の座標位置に対して予め定められた座標位置であって、磁性金属部材２のアライメントマーク用貫通孔内のフィルム３に基板１７とのアライメントをとるための貫通する図示省略のアライメントマークも形成される。

次に、本発明による蒸着マスク１を使用して行う薄膜パターン２１の形成について説明する。
先ず、図５（ａ）に示すように、裏面に磁石１５（例えば電磁石）を配置した状態で基板１７が基板ホルダー１９に保持される。

続いて、基板１７の蒸着面にフィルム３の面３ａを対向させて蒸着マスク１が配置され、基板１７及び蒸着マスク１に予め設けられたアライメントマークを使用して両者がアライメントされる。そして、両者がアライメントされた状態で、磁石１５の磁力により蒸着マスク１の磁性金属部材２が吸着され、蒸着マスク１が基板１７の蒸着面に密着して固定される。このとき、図１（ａ）に示すように、磁性金属部材２の隣接する貫通孔５の間に位置する細長状の部分２ａは、フィルム３を介してＸ軸方向に互いに繋がって同方向の動きが規制されているため、磁石１５の磁界強度を従来よりも強くしても、磁性金属部材２の上記部分２ａは動かない。それ故、本実施形態においては、磁石１５の磁界強度を従来よりも１０倍強い２００ｍＴに設定している。

基板１７及び蒸着マスク１を一体的に保持した基板ホルダー１９は、図５（ｂ）に示すように、蒸着装置の真空槽内の基板取付け部に基板１７の蒸着面側を下にして取り付けられる。

ここで使用する蒸着装置は、蒸着マスク１のスリット状の貫通孔５に対応して、その長軸（Ｙ軸）方向に長いルツボを有する蒸着源２０を備え、該蒸着源２０が上記貫通孔５の長軸（Ｙ軸）と交差する方向（Ｘ軸方向）に移動可能に構成されたものである。

したがって、基板１７への蒸着は、図５（ｂ）に示すように、蒸着源２０をＸ軸方向に一定速度で移動しながら、移動中の各時点における蒸着源２０の真上に位置する蒸着マスク１の開口パターン６を介して行われる。それ故、従来技術と同様に、移動中の各時点における蒸着源２０の真上に位置する蒸着マスク１の一部分が蒸着源２０の輻射熱により加熱される。

しかしながら、従来技術と違って、本実施形態においては、磁石１５の磁界強度が従来よりも１０倍強い２００ｍＴに設定されているため、蒸着マスク１は磁石１５の強い磁力によって基板１７に吸着されており、磁性金属部材２の隣接する貫通孔５の間に位置する細長状の部分２ａが伸びて基板１７から剥がれ、垂れ下がるおそれがない。したがって、蒸着マスク１と基板１７との間に隙間が生じず、蒸着源２０から蒸発した蒸着材料Ｍのマスク裏面側への回り込みが抑制されて薄膜パターン２１のエッジがぼやけたり、形状が拡大したりするおそれがない。

また、使用するフィルム３は、線膨張係数が直交二軸で異なる異方性を有するものであり、磁性金属部材２の貫通孔５の長軸に交差する方向（Ｘ軸方向）にフィルム３の線膨張係数の小さい軸を合わせているので、Ｘ軸方向へのフィルム３の伸びが抑えられ、開口パターン６の同方向への位置ずれ及び形状拡大が抑えられる。したがって、例えば有機ＥＬ用ＴＦＴ基板において画素ピッチの狭い高精細化が進んでも、隣接する画素に他の色の有機ＥＬ材料が付着するのを避けることができる。

さらに、磁性金属部材２の線膨張係数、及びフィルム３のＸ軸方向の線膨張係数を基板１７の線膨張係数に合わせているため、基板１７、磁性金属部材２及びフィルム３のＸ軸方向への変形量が略同じになり、基板１７上に形成される薄膜パターン２１のＸ軸方向への位置ずれを抑制することができる。なお、Ｙ軸方向への位置ずれは、例えば有機ＥＬ用ＴＦＴ基板の場合には、同色間での位置ずれであるため問題とならない。

なお、上記実施形態においては、蒸着マスク１がフレーム４を備えたものである場合について説明したが、本発明はこれに限られず、フレーム４は無くてもよい。この場合は、シート状の蒸着マスク１をその四方に一定の張力で張った状態で基板１７上に設置し、基板１７と蒸着マスク１のアライメントを行った後、磁石１５で磁性金属部材２を吸着して基板１７に蒸着マスク１を密着させるとよい。

また、上記実施形態においては、フィルム３がポリイミドである場合について説明したが、本発明はこれに限られず、フィルム３は線膨張係数に異方性を有し、そのうち係数の小さい線膨張係数が磁性金属部材２の線膨張係数に近似したものであれば、他の樹脂製フィルムであっても、多層積層フィルムであってもよい。

１…蒸着マスク
２…磁性金属部材
３…フィルム
４…フレーム
５…貫通孔
６…開口パターン
７…開口
１７…基板（被蒸着基板）
２０…蒸着源

Claims (6)

1. スリット状の複数の貫通孔を並列に並べて有するシート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を有し、前記各貫通孔内の前記フィルムの部分に貫通する複数の開口パターンを設けた蒸着マスクであって、
   前記フィルムは、線膨張係数が直交二軸で異なる異方性を有し、
   前記磁性金属部材の前記貫通孔の長軸に交差する方向に前記フィルムの線膨張係数の小さい軸を合わせたことを特徴とする蒸着マスク。
2. 前記磁性金属部材の線膨張係数と、前記フィルムの係数の小さい線膨張係数とを合わせたことを特徴とする請求項１記載の蒸着マスク。
3. 前記各線膨張係数を被蒸着基板の線膨張係数に合わせたことを特徴とする請求項２に記載の蒸着マスク。
4. 前記フィルムは、ポリイミドである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. 被蒸着基板の蒸着面に密接させて使用され、前記貫通孔の長軸に交差する方向に前記被蒸着基板と蒸着源とを相対的に移動しながら蒸着する蒸着装置に適用されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の蒸着マスク。
6. 前記磁性金属部材の周縁部に接合して、前記複数の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を備えたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の蒸着マスク。