JP2009109842A - Ｐｓの適正膜厚算出方法及びレジスト塗布手段のプロセスパラメータ自動補正システム - Google Patents

Abstract

【課題】透明基板上に、複数の着色フィルターと、積層スペーサーとＰＳとからなる積層ＰＳが形成されてなるカラーフィルタ基板において、適正なＰＳ膜厚を得るためのＰＳの適正膜厚設定方法及びレジスト塗布手段のプロセスパラメータ自動補正システムを提供することを目的とする。
【解決手段】レジスト塗布手段のプロセスパラメータ自動補正システムは、少なくとも前記積層スペーサー５０の膜厚（積層高さ）を測定する膜厚測定手段１１０と、前記積層スペーサー５０の膜厚から前記ＰＳ６０の適正膜厚を求め、ＡＳＶ工程でのレジスト塗布手段のプロセスパラメータ補正指示を行うデータ処理・指示システム１２０と、レジスト塗布手段１３０と、システム全体の制御を司る制御手段１４０とから構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、カラーフィルタ基板のＰＳの適正膜厚設定方法及びレジスト塗布手段のプロセスパラメータ自動補正システムに関し、特に、ブラックマトリクスと赤色スペーサーと緑色スペーサーと青色スペーサーと透明電極層とからなる積層スペーサーと、ＡＳＶレジスト層などを順次積み上げ形成するフォトスペーサー（以下、ＰＳと称す）と、からなる積層ＰＳを有するカラーフィルタ基板の前記ＰＳの適正膜厚を求める方法と、前記ＰＳの適正膜厚から、最終工程であるＡＳＶ工程のレジスト塗布手段へプロセスパラメータの自動補正指示を行うレジスト塗布手段のプロセスパラメータ自動補正システムに関する。

近年、大型カラーテレビ、ノートパソコン、携帯用電子機器の増加に伴い、液晶ディスプレイ、特にカラー液晶ディスプレイの需要の増加はめざましいものがある。
一般に、液晶表示ディスプレイパネルにおいて、現在最も広く使用されている液晶セル駆動方式は、ＴＮ（ねじれネマティック）方式とＳＴＮ（超ねじれネマティック）方式による縦電界駆動型であり、近年、横電界駆動型（ＩＰＳ）による液晶セル駆動方式の開発も進んでいる。

カラー液晶ディスプレイに用いられるカラーフィルタ基板は、透明基板上に、ブラックマトリックス、赤色フィルター、緑色フィルター、青色フィルターからなる着色フィルター、透明電極及びＰＳ等が形成されたものである。

以下カラーフィルタ基板の製造方法について説明する。
図２（ａ）〜（ｅ）及び図３（ｆ）〜（ｇ）に一般的なカラーフィルタの製造方法の一例を工程順に示す。
まず、透明基板１１上にアクリル系樹脂にカーボンブラック等の黒色顔料を分散した黒色感光性樹脂をスピンナー等にて塗布し、予備乾燥して黒色感光性樹脂層２１を形成し（図２（ａ）参照）、パターン露光、現像等のパターニング処理を行って、ブラックマトリクス２１ｂを形成する（図２（ｂ）参照）。

次に、アクリル系の感光性樹脂に赤色顔料を分散した赤色感光性樹脂溶液をスピンナー等にてブラックマトリクス２１ｂが形成された透明基板１１上に塗布し、予備乾燥して赤色感光性樹脂層を形成し、所定の露光マスクを使ってパターン露光、現像等の一連のパターニング処理を行って、赤色フィルター３１Ｒ及び所定のブラックマトリクス２１ｂ上に赤色スペーサー３１Ｓを形成する（図３（ｃ）参照）。

次に、アクリル系の感光性樹脂に緑色顔料を分散した緑色感光性樹脂溶液をスピンナー等にてブラックマトリクス２１ｂ及び赤色フィルター３１Ｒが形成された透明基板１１上に塗布し、予備乾燥して緑色感光性樹脂層を形成し、所定の露光マスクを使ってパターン露光、現像等の一連のパターニング処理を行って、緑色フィルター３２Ｇ及び赤色スペーサー３１Ｓ上に緑色スペーサー３２Ｓを形成する（図３（ｄ）参照）。

次に、アクリル系の感光性樹脂に青色顔料を分散した青色感光性樹脂溶液をスピンナー等にてブラックマトリクス２１ｂ、赤色フィルター３１Ｒ及び緑色フィルター３２Ｇが形成された透明基板１１上に塗布し、予備乾燥して青色感光性樹脂層を形成し、所定の露光マスクを使ってパターン露光、現像等の一連のパターニング処理を行って、青色フィルター３３Ｂ及び緑色スペーサー３２Ｓ上に青色スペーサー３３Ｓを形成する（図２（ｅ）参照）。

次に、スパッタリング等により酸化インジウム錫膜等からなる透明電極５１を形成し、透明基板１１上に、ブラックマトリクス２１ｂ、赤色フィルター３１Ｒ、緑色フィルター３２Ｇ及び青色フィルター３３Ｂからなる着色フィルター３０と、ブラックマトリクス２１ｂ上に赤色スペーサー３１Ｓと緑色スペーサー３２Ｓと青色スペーサー３３Ｓと透明電極層４１とからなる積層スペーサー５０を形成する（図３（ｆ）参照）。

さらに、アクリル系樹脂を主成分とする感光性樹脂溶液をスピンナー等で塗布し、予備乾燥して透明樹脂感光層を形成し、パターン露光、現像等の一連のパターニング処理を行って、加熱硬化して、積層スペーサー５０上にＰＳ６０を形成し、透明基板１１上に、ブラックマトリクス２１ｂ、赤色フィルター３１Ｒ、緑色フィルター３２Ｇ及び青色フィルター３３Ｂからなる着色フィルター３０と、積層スペーサー５０とＰＳ６０とからなる積層ＰＳ７０が形成されたカラーフィルタ基板を得ることができる（図３（ｇ）参照）。

上記カラーフィルタ基板を用いて液晶パネルを作製する際、液晶材の注入量は液晶パネル部材であるカラーフィルタ基板の積層ＰＳ７０の膜厚値（高さ値）に依存しており、上記カラーフィルタ基板の製造工程においては、積層ＰＳ７０の膜厚（高さ）管理が重要な位置付けとなっている。

カラーフィルタ基板の製造には、上記したように、ブラックマトリクス形成工程と、赤色フィルター、緑色フィルター、青色フィルターからなる着色フィルター形成工程、透明電極形成工程及びＰＳ形成工程とがあり、ＰＳ形成工程までの処理工程を経ることにより、積層ＰＳ７０の膜厚には仕上がり差が発生してしまう。

しかし、現在のカラーフィルタ基板の製造全体及びＰＳ形成工程において、積層ＰＳの仕上がりを決定する処理条件の各パラメーターはカラーフィルタ基板の品種毎に統一管理されており、積層ＰＳ形成工程前のカラーフィルタ基板の仕上がり状況に応じたＰＳ形成処理を施すことができない。

従来の技術として、ＬＣＤカラーフィルタのような大型基板に、感光性樹脂のような塗布液を所定の均一な厚さで行うことのできる基板への液塗布方法及び装置が提案されている（例えば、特許文献１）。

しかしながら、上記の液塗布方法では、ノズルギャップ（ノズル先端との距離）を基板厚をもとに調整し、異なる板厚の製品に対し同じ、膜厚を確保する手法であり、上記カラーフィルタ基板に適用した場合、最終層のスペーサーを形成する前のスペーサー膜厚が変動すると、最終層のスペーサーの形成条件をその都度変更しなければならない。

その結果、スペーサー製造装置の動作が不安定になる。また、スペーサー製造装置によっては、所望の処理条件がきちんと出ているかを変更毎に確認する必要がある。
このため、生産効率が低下したり、スペーサー製造装置の不安定化が品質に悪影響を及ぼすという問題がある。
特開平８−１４１４６７号公報

本発明は、上記問題点に鑑み考案されたもので、透明基板上に、複数の着色フィルターと、積層スペーサーとＰＳとからなる積層ＰＳが形成されてなるカラーフィルタ基板にお
いて、適正なＰＳ膜厚を得るためのＰＳの適正膜厚算出方法及びレジスト塗布手段のプロセスパラメータ自動補正システムを提供することを目的とする。

本発明に於いて上記課題を達成するために、まず請求項１においては、透明基板１１上に、ブラックマトリクス２１ｂと、赤色フィルター３１Ｒ、緑色フィルター３２Ｇ及び青色フィルター３３Ｂからなる着色フィルター３０と、ブラックマトリクス２１ｂ上に赤色スペーサー３１Ｓと緑色スペーサー３２Ｓと青色スペーサー３３Ｓと透明電極層４１とからなる積層スペーサー５０と、ＡＳＶレジスト層などを順次積み上げ形成するフォトスペーサー（以下、ＰＳと称す）６０と、からなる積層フォトスペーサー（以下、積層ＰＳと称す）７０を有するカラーフィルタ基板の前記ＰＳ６０の適正膜厚を求める方法であって、
前記積層スペーサー５０の膜厚を計測・管理することで、前記ＰＳ６０の適正膜厚を求めることを特徴とするＰＳの適正膜厚算出方法としたものである。

また、請求項２においては、前記カラーフィルタ基板の前記ＰＳ６０の適正膜厚が得られるように、最終工程となるＡＳＶ工程でのレジスト塗布手段のプロセスパラメータの自動補正を行なうシステムであって、
少なくとも前記積層スペーサー５０の膜厚（積層高さ）を測定する膜厚測定手段１１０と、前記積層スペーサー５０の膜厚から前記ＰＳ６０の適正膜厚を求め、ＡＳＶ工程でのレジスト塗布手段のプロセスパラメータ補正指示を行うデータ処理・指示システム１２０と、レジスト塗布手段１３０と、システム全体の制御を司る制御手段１４０とから構成され、
前記膜厚測定手段１１０にて、前記積層スペーサー５０の膜厚を測定し、データ処理・指示システム１２０にて、前記ＰＳ６０の適正膜厚を求め、最終工程であるＡＳＶ工程のレジスト塗布手段１３０へプロセスパラメータの自動補正指示を行うことを特徴とするレジスト塗布手段のプロセスパラメータ自動補正システムとしたものである。

本発明のＰＳの適正膜厚設定方法及びレジスト塗布手段のプロセスパラメータ自動補正システムにてＰＳ６０を形成することにより、膜厚（高さ）精度に優れた積層ＰＳ７０を得ることができ、カラーフィルタ基板の作業ロス及び不良ロスを削減することができる。

以下、本発明の実施の形態につき説明する。
図１は、本発明のレジスト塗布手段のプロセスパラメータ自動補正システムの一実施例を示す模式構成図である。
本発明のレジスト塗布手段のプロセスパラメータ自動補正システムは、積層スペーサー５０の膜厚（高さ）を測定する膜厚測定手段１１０と、積層スペーサー５０の膜厚からＰＳ６０の適正膜厚を求め、ＡＳＶ工程でのレジスト塗布手段のプロセスパラメータ補正指示を行うデータ処理・指示システム１２０と、ＰＳ６０を形成するためのレジスト塗布手段１３０と、制御手段１４０とから構成されている。
ここで、膜厚測定手段１１０としては、膜厚測定機を挙げることができる。
データ処理・指示システム１２０としては、入力、出力機器を備えたコンピューターシステムを挙げることができる。
レジスト塗布手段としては、ロールコーター、スピンコーター等を挙げることができる。

以下、カラーフィルタ基板の製造工程を追いながら、ＰＳの適正膜厚算出方法及びレジスト塗布手段のプロセスパラメータ自動補正システムについて説明する。
図２（ａ）〜（ｅ）及び図３（ｆ）〜（ｇ）は、カラーフィルタ基板の製造方法の一例を
工程順に示す模式構成断面図である。
まず、ガラス基板等からなる透明基板１１上にアクリル系樹脂にカーボンブラック等の黒色顔料を分散した黒色感光性樹脂をスピンナー等にて塗布し、予備乾燥して黒色感光性樹脂層２１を形成し（図２（ａ）参照）、パターン露光、現像等のパターニング処理を行って、ブラックマトリクス２１ｂを形成する（図２（ｂ）参照）。
ここで、透明基板１１としては、低膨張ガラス、ノンアルカリガラス、石英ガラス等のガラス基板及びプラスチックフィルム等が利用できる。

次に、アクリル系の感光性樹脂に赤色顔料を分散した赤色感光性樹脂溶液をスピンナー等にてブラックマトリクス２１ｂが形成された透明基板１１上に塗布し、予備乾燥して赤色感光性樹脂層を形成し、所定の露光マスクを使ってパターン露光、現像等の一連のパターニング処理を行って、赤色フィルター３１Ｒ及び所定のブラックマトリクス２１ｂ上に赤色スペーサー３１Ｓを形成する（図２（ｃ）参照）。

次に、アクリル系の感光性樹脂に緑色顔料を分散した緑色感光性樹脂溶液をスピンナー等にてブラックマトリクス２１ｂ及び赤色フィルター３１Ｒが形成された透明基板１１上に塗布し、予備乾燥して緑色感光性樹脂層を形成し、所定の露光マスクを使ってパターン露光、現像等の一連のパターニング処理を行って、緑色フィルター３２Ｇ及び赤色スペーサー３１Ｓ上に緑色スペーサー３２Ｓを形成する（図２（ｄ）参照）。

次に、アクリル系の感光性樹脂に青色顔料を分散した青色感光性樹脂溶液をスピンナー等にて、ブラックマトリクス２１ｂ、赤色フィルター３１Ｒ及び緑色フィルター３２Ｇが形成された透明基板１１上に塗布し、予備乾燥して青色感光性樹脂層を形成し、所定の露光マスクを使ってパターン露光、現像等の一連のパターニング処理を行って、青色フィルター３３Ｂ及び緑色スペーサー３２Ｓ上に青色スペーサー３３Ｓを形成する（図２（ｅ）参照）。

次に、スパッタリング、真空蒸着、イオンプレーティング等の成膜装置にて、赤色フィルター３１Ｒ、緑色フィルター３２Ｇ及び青色フィルター３３Ｂからなる着色フィルター３０及び青色スペーサー３３Ｓ上に酸化インジウム錫膜等からなる透明電極層４１を形成して、ブラックマトリクス２１ｂ上に赤色スペーサー３１Ｓと緑色スペーサー３２Ｓと青色スペーサー３３Ｓと透明電極層４１からなる積層スペーサー５０を形成する（図３（ｆ）参照）。

次に、膜厚測定手段１１０にて、積層スペーサー５０の膜厚（高さ）を測定する（図１参照）。
次に、データ処理・指示システム１２０にて、仕様で決定されている積層ＰＳ７０の膜厚（高さ）から膜厚測定手段１１０にて測定された積層スペーサー５０の膜厚（高さ）を差し引くことにより、ＰＳ６０の適正膜厚を求めることができる（図４参照）。
図４は、積層スペーサー５０とＰＳ６０と積層ＰＳ７０との位置関係を模式的に示す説明図である。
積層スペーサー５０は、ブラックマトリクス２１ｂと赤色スペーサー３１Ｓと緑色スペーサー３２Ｓと青色スペーサー３３Ｓと透明電極層４１とで構成されている。

次に、ＰＳ６０の適正膜厚からデータ処理・指示システム１２０にて最適のプロセスパラメータが作製され、ＰＳ６０を形成するためのレジスト塗布手段１３０にプロセスパラメータの自動補正指示を行う。
例えば、仕様で決定されている積層ＰＳ７０の膜厚（高さ）をＴ₁、積層スペーサー５０の膜厚をＴ₂したとき、Ｔ₁−Ｔ₂＝Ｔ₃がＰＳ６０の適正膜厚として求められる。
データ処理・指示システム１２０では、仕様で決定されている積層ＰＳ７０の膜厚（高さ
）Ｔ₁に対して、基準となる積層スペーサー５０の膜厚Ｔ₂とＰＳ６０の膜厚Ｔ₃があらかじめ設定されており、積層スペーサー５０の膜厚（高さ）Ｔ₂が基準より厚い（高い）か、薄い（低い）かによって、ＰＳ６０の膜厚Ｔ₃は薄いか、厚いかのいずれかになり、レジスト塗布手段１３０のプロセスパラメータの設定を行い、レジストコート手段１３０にプロセスパラメータの自動補正指示が行われ、レジスト塗布手段１３０にて適正膜厚のＰＳ６０が形成される。

上記、膜厚測定手段１１０による積層スペーサー５０の膜厚（高さ）測定、データ処理・指示システム１２０によるＰＳ６０の適正膜厚設定及び塗布手段１３０へのプロセスパラメータの自動補正指示、レジスト塗布手段１３０による塗布条件等の一連の動作指示は制御手段１４０にて行われる。

レジスト塗布手段１３０として、例えば、スリットコーターを用いた場合のプロセスパラメータの設定例について説明する。
具体的には、積層スペーサー５０の膜厚（高さ）Ｔ₂が基準より厚い（高い）場合、ＰＳ６０の膜厚Ｔ₃は基準より薄くなり、レジスト吐出量を減少させるようなプロセスパラメータが設定され、レジストコート手段１３０にプロセスパラメータの自動補正指示が行われ、ＰＳ６０の膜厚Ｔ₃は基準よりも薄く形成される。
また、積層スペーサー５０の膜厚（高さ）Ｔ₂が基準より薄い（低い）場合、ＰＳ６０の膜厚Ｔ₃は基準より厚くなり、レジスト吐出量を増加させるようなプロセスパラメータが設定され、レジストコート手段１３０にプロセスパラメータの自動補正指示が行われ、ＰＳ６０の膜厚Ｔ₃は基準よりも厚く形成される。

ただし、実際には、Ｔ₃＝αＸ₃という単純な計算式では成り立たないことも考えられる。具体的には、Ｔ₃＝αＸ₃＋βというβ（外乱）要素が入るケースがほどんどである。
精度の高い積層ＰＳを算出するためには、βを考慮する必要があり、これにはＡＳＶ後（仕上がり）積層高さを求めて、誤差を埋めていく必要がある。

上記したように、本発明のＰＳの適正膜厚設定方法及びレジスト塗布手段のプロセスパラメータ自動補正システムを用いて、ＰＳ６０を形成することにより、膜厚（高さ）精度に優れた積層ＰＳ７０を得ることができ、カラーフィルタ基板の作業ロス及び不良ロスを削減することが可能となる。

本発明のレジスト塗布手段のプロセスパラメータ自動補正システムの一実施例を示す模式構成図である。 （ａ）〜（ｅ）は、カラーフィルタ基板の製造工程の一部を工程順に示す模式構成断面図である。 （ｆ）〜（ｇ）は、カラーフィルタ基板の製造工程の一部を工程順に示す模式構成断面図である。 積層ＳＰ７０と、ＰＳ６０と、積層スペーサー５０との位置関係を模式的に示す説明図である。

符号の説明

１１……透明基板
２１……黒色感光性樹脂層
２１ｂ……ブラックマトリクス
３０……着色フィルター
３１Ｒ……赤色フィルター
３１Ｓ……赤色スペーサー
３２Ｇ……緑色フィルター
３２Ｓ……緑色スペーサー
３３Ｂ……青色フィルター
３３Ｓ……青色スペーサー
４１……透明電極層
５０……積層スペーサー
６０……ＰＳ
７０……積層ＰＳ
１１０……膜厚測定手段
１２０……データ処理・指示システム
１３０……レジスト塗布手段
１４０……制御手段

Claims (2)

1. 透明基板（１１）上に、ブラックマトリクス（２１ｂ）と、赤色フィルター（３１Ｒ）、緑色フィルター（３２Ｇ）及び青色フィルター（３３Ｂ）からなる着色フィルター（３０）と、ブラックマトリクス（２１ｂ）上に赤色スペーサー（３１Ｓ）と緑色スペーサー（３２Ｓ）と青色スペーサー（３３Ｓ）と透明電極層（４１）からなる積層スペーサー（５０）と、ＡＳＶレジスト層などを順次積み上げ形成するフォトスペーサー（以下、ＰＳと称す）（６０）と、からなる積層フォトスペーサー（以下、積層ＰＳと称す）（７０）を有するカラーフィルタ基板の前記ＰＳ（６０）の適正膜厚を求める方法であって、
   前記積層スペーサー（５０）の膜厚を計測・管理することで、前記ＰＳ（６０）の適正膜厚を求めることを特徴とするＰＳの適正膜厚算出方法。
2. 前記カラーフィルタ基板の前記ＰＳ（６０）の適正膜厚が得られるように、積層ＰＳ形成における最終工程となるＡＳＶ工程でのレジスト塗布手段のプロセスパラメータの自動補正を行なうシステムであって、
   少なくとも前記積層スペーサー（５０）膜厚（積層高さ）を測定する膜厚測定手段（１１０）と、前記積層スペーサー（５０）膜厚から前記ＰＳ（６０）の適正膜厚を求め、ＡＳＶ工程でのレジスト塗布手段のプロセスパラメータ補正指示を行うデータ処理・指示システム（１２０）と、レジスト塗布手段（１３０）と、制御手段（１４０）とから構成され、
   前記膜厚測定手段（１１０）にて、前記積層スペーサー（５０）膜厚を測定し、データ処理・指示システム（１２０）にて、前記ＰＳ（６０）の適正膜厚を求め、最終工程であるＡＳＶ工程のレジスト塗布手段（１３０）へプロセスパラメータの自動補正指示を行うことを特徴とするレジスト塗布手段のプロセスパラメータ自動補正システム。