JP2006267820A - 液体現像方法及び現像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】基板サイズの大型化に対して、最小の現像液使用量で、安定した現像特性が得られる現像方法及び現像装置を提供することを目的とする。
【解決手段】ガラス基板等の基板６１上にパターン露光された感光性レジスト膜７１が形成された被現像体６０の端部が現像液供給ノズル２１を通過しようとすると、現像液供給ノズル２１からは所定量の現像液８１が供給される。被現像体６０が薄板基材６２との間を一定間隔で移動していくことにより、パターン露光された感光性レジスト膜７１と薄板基材６２の間には現像液層８１ａが形成され、現像液８１による化学的作用と薄板基材６２上に設けられた超音波ユニット９０の超音波振動による物理的作用により、被現像体６０上のパターン露光された感光性レジスト膜７１の現像処理が行われる。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板上のパターン露光された感光性レジスト膜を現像する現像方法及び現像装置に係り、特に、液晶ディスプレイ用のカラーフィルター等の大型基板サイズの製造工程で適用される現像方法及び現像装置に関する。

液晶ディスプレイ等に用いられるカラーフィルターは、微細な赤、緑、青等のパターンからなる光学素子である。このようなカラーフィルターの製造プロセスは、ガラス等の透明基板に感光性レジストを塗布、露光、現像する等のパターニング工程からなり、各色について同様の工程が繰り返される。
以下、カラーフィルター製造における従来の現像プロセスについて説明する。

露光された感光性レジストを自動現像処理方式にて現像する場合、現像処理を多数回繰り返すに従って、現像液特性（アルカリ度、界面活性剤量等）の経時変化及び感光性レジストより溶出した成分が現像液中に溶存することにより現像特性が変化し、カラーフィルターの品質に大きな影響を及ぼす。

現像液の有効成分を測定し、処理槽の現像液特性の最適条件を維持するために、定期的にドレインし、不足分を供給するという自動フィードバックシステム等が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

しかし、この方法では基板サイズが大型化の一途をたどるフォトリソグラフィの製造ラインにおいては現像液の使用量が増大し、ハイスループットでの連続処理を行うカラーフィルター製造には適さなくなっている。

また、現像液中の感光性レジストより溶出した成分を除去して、現像液を再生する事に関する提案は過去にもなされており、実際に、限外ろ過フィルターを使用した現像液の再生方法が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。

しかしながら、現像液の再生方式は現像液特性、特にアルカリ濃度、活性剤濃度のバラツキが大きくカラーフィルターの品質、特に線幅、レジスト残渣への影響が大きいという問題がある。

上記問題点を解決する為に、現像液の循環を行わずに処理を行う方式も検討されているが上記に示すように、基板サイズが大型化の一途をたどるフォトリソグラフィの製造ラインにおいては現像液量が増大しており、ハイスループットでの連続処理を行うカラーフィルター製造には適していない。
特開平０７−２１１６３０号公報 特開平１１−２１２２７５号公報

本発明は上記問題点に鑑み考案されたもので、基板サイズの大型化に対して、最小の現像液使用量で、安定した現像特性が得られる現像方法及び現像装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を達成するために、まず請求項１においては、少なくとも以下の工程を具備することを特徴とするパターン露光された感光性レジスト膜の現像方法としたものである。
（ａ）パターン露光された感光性レジスト膜が形成された被現像体上に所定量の現像液を供給する工程。
（ｂ）被現像体上に所定厚みの現像液層を形成する工程。
（ｃ）前記現像液層に超音波振動を与えながら前記感光性レジスト膜の現像処理を行う工程。

また、請求項２においては、前記現像液層は、感光性レジスト膜の形成領域よりも広い領域に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の現像方法としたものである。

また、請求項３においては、前記現像液層の厚みが０．０３〜１０ｍｍの範囲であることを特徴とする請求項１または２に記載の現像方法としたものである。

また、請求項４においては、前記超音波振動の振動周波数が０．８〜１．２ＭＨｚであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の現像方法としたものである。

また、請求項５においては、被現像体上のパターン露光された感光性レジスト膜を現像する現像装置であって、少なくとも基板を供給する基板供給ユニットと、現像ユニットと、水洗ユニットと、乾燥ユニットと、基板排出ユニットとを具備していることを特徴とする現像装置としたものである。

さらにまた、請求項６においては、前記現像ユニットは、少なくとも被現像体上に現像液を供給する手段と、前記現像液を薄板基材を介して基板上に均一な液膜として保持する手段と、前記現像液層に超音波振動を印加する超音波印加手段とを具備していることを特徴とする請求項５に記載の現像装置としたものである。

本発明の現像方法及び現像装置を用いて、基板上のパターン露光された感光性レジスト膜上に所定厚みの現像液層を形成し、且つ、超音波振動を加えながら現像処理するために、少量の現像液で安定した現像処理を連続的に効率よく行うことが可能となる。
また、現像液の循環利用も行わない為に、現像液の特性の変化も無く、液の汚染度も無い液にて連続的に現像処理を行なうことが可能となる。

本発明の現像方法及び現像装置の実施の形態につき説明する。
請求項１に係る発明は、パターン露光された感光性レジスト膜が形成された基板上に所定厚の現像液層を形成し、前記現像液層に超音波振動を与えながら感光性レジスト膜の現像処理を行うもので、少量の現像液で安定した現像処理ができるようにしたものである。
特に、基板サイズが大型化した場合に少量の現像液で安定した現像処理が可能となる。

以下本発明の現像方法について詳細に説明する。
図１（ａ）〜（ｃ）は、本発明の請求項１に係る現像方法の一実施例を示す説明図である。
まず、ガラス基板等の基板６１上にパターン露光された感光性レジスト膜７１が形成された被現像体６０を準備する（図１（ａ）参照）。

次に、被現像体６０の端部が現像液供給ノズル２１を通過しようとすると、現像液供給ノズル２１からは所定量の現像液８１が供給される（図１（ｂ）参照）。
使用する現像液８１は、アルカリ性のもの、例えば水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等が挙げられ、ｐＨにおいては１０〜１３のｐＨを有するものを使用することが望ましい。

被現像体６０が薄板基材６２との間を一定間隔で移動していくことにより、パターン露光された感光性レジスト膜７１と薄板基材６２の間には現像液層８１ａが形成される（図１（ｃ）参照）。
現像液層８１ａは現像液による化学的作用と薄板基材６２上に設けられた超音波ユニット９０の超音波振動による物理的作用により、被現像体６０上のパターン露光された感光性レジスト膜７１の現像処理が行われる。

このように、被現像体６０上のパターン露光された感光性レジスト膜７１上に所定厚の現像液層８１ａを形成し、現像液による化学的作用と超音波振動を付与しながら現像することにより、少量の現像液で安定した現像処理が可能となり、特に、基板サイズが大型化した場合に少量の現像液で安定した現像処理が可能となる。

請求項２に係る発明は、薄板基材６２の処理幅を被現像体６０の処理幅よりも広くすることにより、現像液層８１ａはパターン露光された感光性レジスト膜７１の形成領域よりも広い領域に形成され、安定した現像処理が行われるようにしたものである。
例えば、被現像体６０の処理幅が６８０ｍｍの場合は、薄板基材６２の処理幅は７００ｍｍとなる。

請求項３に係る発明は、薄板基材６２の膜厚を規定したもので、薄板基材６２の膜厚は、０．０３ｍｍ〜１０ｍｍの範囲であることが好ましい。
超音波振動の減衰を抑える為に可能な限り薄膜であることが好ましいが、０．０５〜１．５ｍｍの範囲がより好ましい。０．０３ｍｍ未満では、薄板基材６２を保持する事が困難であり、１０ｍｍを越えると超音波振動が衰退し現像液まで超音波振動が加わらない。

請求項４に係る発明は、超音波の振動周波数を規定したもので、超音波の振動周波数は０．８〜１．２ＭＨｚの範囲が好ましい。
周波数が０．８ＭＨｚ未満では、キャビテーションの影響により現像中に膜剥れが発生し、１．２ＭＨｚを超えると超音波振動を加える効果が得られない。

図４に従来の現像方式と本発明の現像方式でのアルカリ濃度と液量の時間に対する変化の比較を示す。
Ａは、現像新液の供給と現像タンク内の現像液のドレインを連続的に実施し、所定枚数の被現像体を現像処理した後に現像液の交換を行った場合のアルカリ濃度と時間の相関を示す。これに対して、Ｂは本発明の現像方式を採用したアルカリ濃度と時間との相関を示す。

Ａ’は、現像新液の供給と現像タンク内の現像液のドレインを連続的に実施し、所定枚数の被現像体を現像処理した後に現像液の交換を行った場合の現像液量と時間の相関を示す。これに対して、Ｂ’は本発明による方式を採用した時間−現像液量の相関を示す。

Ａ（Ａ’）の方式では、現像液の定期ドレイン及び現像新液の定期供給を行っている為にアルカリ濃度は初期から急激に低下し、その後一定値にて安定する事が繰り返される。しかし、定期的にドレインを行うので液使用量は多い。Ｂ（Ｂ’）は、新液を基板上に必要量のみ供給するのでアルカリ濃度は新液のままで一定であり、現像液使用量も少なく出来る。

図２は、本発明の現像装置の一実施例を示す模式構成図である。
本発明の現像装置は、基板供給ユニット１０、現像ユニット２０、水洗ユニット３０、乾燥ユニット４０及び基板排出ユニット５０とから構成されている。
さらに、現像ユニット２０は、被現像体６０上に現像液８１を供給する手段である現像液供給ノズル２１と、現像液８１を被現像体６０上に均一な液膜として保持する手段である薄板基材６２と、現像液層８１ａに超音波振動を印加する超音波印加手段である超音波ユニット９０により構成されている。

以下本発明の現像装置を用いた被現像体の現像処理について説明する。
基板６１上にパターン露光された感光性レジスト膜７１が形成された被現像体６０は基板供給ユニット１０から搬送ローラー１１にて現像ユニット２０に送り込まれる。
被現像体６０の端部が現像液供給ノズル２１を通過しようとすると、現像液供給タンク２５、ポンプ２５及び配管を経て現像液供給ノズル２１から現像液８１が供給され、押さえローラー２４を通過すると、被現像体６０と薄板基材６２との間に所定厚の現像液層８１ａが形成される。
薄板基材６２の移動速度は被現像体６０の搬送速度と同じに設定されており、被現像体６０と薄板基材６２とは同一速度で移動する。

さらに被現像体６０が移動することにより、被現像体６０上の現像液層８１ａは薄板基材６２上に設けられた超音波ユニット９０にて超音波振動が付与され、現像液による化学的作用と超音波振動による物理的作用にて被現像体６０のパターン露光された感光性レジスト膜７１の現像処理が行われる。
超音波振動子９１の超音波振動は、超音波波振動子９１と薄板基材６２との間に形成された液膜層９４と薄板基材６２とを介して現像液層８１ａに付与される。
液膜層９４は、液体導入口９２から液体が導入され、超音波ユニット９０と薄板基材６２との間の隙間を通過し、液体排出口９３から排出される際に超音波波振動子９１と薄板基材６２との間に形成される。

液膜層９４内を流れる液体流量は、液膜層９４の流れに垂直な断面の単位面積当り１５〜１５０Ｌ／ｍｉｎ・ｍ²であるのが好ましく、３０〜７０Ｌ／ｍｉｎ・ｍ²であることがより好ましい。１５Ｌ／ｍｉｎ・ｍ²未満では、均一な膜面（液面）を保持することが出来なくなり、１５０Ｌ／ｍｉｎ・ｍ²を超えると、超音波振動を加える効果が小さくなる。

現像処理が終了した現像液は、薄板基材６２がが剥離された後、自由落下により現像処理槽内に落ち、管路２７を経てドレインされる。

現像処理の終わった基板は、水洗ユニット部３０のシャワーノズル３１にて洗浄され、乾燥ユニット４０にて乾燥し、基板排出ユニット５０にて排出され、カセット等にロードされて現像処理が終了する。

以上説明したように、本発明の現像装置を用いて、パターン露光された感光性レジスト膜７１の現像処理を行うことにより、必要最小限の現像液量にて安定した現像処理が可能となり、大型基板サイズの被現像体の現像を極めて効率的に行うことができる。

また、現像液の循環利用も行わない為に、現像液の特性の変化も無く、液の汚染度も無い液にて連続的に現像処理を行なうことが可能となる。

まず、サイズ６８０×８８０ｍｍのガラス基板からなる基板６１に、顔料を分散させた感光性レジストを塗布装置により塗布し、次いで露光機にて１００ｍＪ前後の露光量でパターン露光を行い、ガラス基板６１上にパターン露光された感光性レジスト膜７１が形成された被現像体６０を作製した(図１（ａ）参照)。

次に、図２に示す現像装置の基板供給ユニット１０より被現像体６０を搬送ローラー１１にて現像ユニット２０に送り込んだ。
被現像体６０の端部が現像液供給ノズル２１を通過しようとすると、現像液供給ノズル２１から１．０Ｌ／ｍｉｎの液流量で現像液８１が供給され、押さえローラー２４を通過すると、被現像体６０と薄板基材６２との間に所定厚の現像液層８１ａが形成された。
ここで、薄板基材６２として０．１ｍｍ厚のＰＥＴフィルムを使用し、５０ｍｍφの駆動ローラーにて薄板基材６２を駆動し、駆動速度は１．５ｍ／ｍｉｎとした。
被現像体６０の移動速度も薄板基材６２の駆動速度と同じ１．５ｍ／ｍｉｎとした。

さらに、被現像体６０上の現像液層８１ａは薄板基材６２上に設けられた超音波ユニット９０にて９５０ｋＨｚの超音波振動が付与され、現像液による化学的作用と超音波振動による物理的作用にて被現像体６０のパターン露光された感光性レジスト膜７１の現像処理が行われ、現像時間を３０秒（搬送速度：１．５ｍ／ｍｉｎ）として連続１０シートの現像を行ったところ、従来のシャワー現像方式と同等の現像性が得られることが確認された。た。
ここで、超音波ユニット９０と薄板基材６２との間に形成される液膜層９４に使用する液体として電気導電率１７Ｓ／ｍの超純水を使用し、液流量として１ユニット当り３．５Ｌ／ｍｉｎ（単位面積当り流量：５５．５６Ｌ／ｍｉｎ・ｍ²）とした。

また、本発明の現像装置を用いて、カラーフィルターの各色パターン（ＢＭ（ブラックマトリクス）、ＲＥＤ(赤色)、ＧＲＥＥＮ(緑色)、ＢＬＵＥ(青色）)及びＰＳ(ポストスペーサー)について各々現像処理を行った場合の被現像体１枚あたりの現像液の使用量について、従来の現像装置と本発明に係る現像装置とを比較した。その結果を表１に示す。

上記表１から、従来の現像装置を用いた場合の現像液の使用量をカラーフィルター１枚あたり１００とした場合、本発明の現像装置では、大幅に減少していることが分かる。このことから、本発明の現像装置を用いて大型基板サイズの現像処理を行うことにより、非常に大きなコスト削減効果を得ることができる。

（ａ）〜（ｃ）は、本発明の現像方法の主要工程の一実例を示す説明図である。 本発明の現像装置の一実施例を示す模式構成図である。 超音波ユニットの一実施例を示す模式構成断面図である。 従来の現像方式と本発明の現像方式でのアルカリ濃度と液量の時間に対する変化の比較を示す説明図である。

符号の説明

１０……基板供給ユニット
１１……搬送ローラー
２０……現像ユニット
２１……現像液供給ノズル
２３……駆動ローラー
２４……押さえローラー
２５……現像液タンク
２６……ポンプ
２７……管路
３０……水洗ユニット
３１……ノズルシャワー
４０……乾燥ユニット
５０……基板排出ユニット
６０……被現像体
６１……基板
６２……薄板基材
７１……パターン露光された感光性レジスト膜
９０……超音波ユニット
９１……超音波振動素子
９２……液体導入口
９３……液体排出口
９４……液膜層

Claims (6)

1. 少なくとも以下の工程を具備することを特徴とするパターン露光された感光性レジスト膜の現像方法。
   （ａ）パターン露光された感光性レジスト膜が形成された被現像体上に所定量の現像液を供給する工程。
   （ｂ）被現像体上に所定厚みの現像液層を形成する工程。
   （ｃ）前記現像液層に超音波振動を与えながら前記感光性レジスト膜の現像処理を行う工程。
2. 前記現像液層は、感光性レジスト膜の形成領域よりも広い領域に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の現像方法。
3. 前記現像液層の厚みが０．０３〜１０ｍｍの範囲であることを特徴とする請求項１または２に記載の現像方法。
4. 前記超音波振動の振動周波数が０．８〜１．２ＭＨｚであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の現像方法。
5. 被現像体上のパターン露光された感光性レジスト膜を現像する現像装置であって、少なくとも基板を供給する基板供給ユニットと、現像ユニットと、水洗ユニットと、乾燥ユニットと、基板排出ユニットとを具備していることを特徴とする現像装置。
6. 前記現像ユニットは、少なくとも被現像体上に現像液を供給する手段と、前記現像液を薄板基材を介して被現像体上に均一な液膜として保持する手段と、前記現像液層に超音波振動を印加する超音波印加手段とを具備していることを特徴とする請求項５に記載の現像装置。

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