JP2558843B2 - 自動染色装置 - Google Patents

自動染色装置

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【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は自動染色装置に関し、特にカラー固体撮像素
子やカラーディスプレイなどに用いられる色分解フィル
ターの染色に適した自動染色装置に関する。
(従来の技術) カラー固体撮像素子やカラーディスプレイなどに用い
られる色分解フィルターは、ガラスなどの透明基板ある
いはCCD、MOSなどの固体撮像素子上に被染色層を形成し
た後、これを染色液中に浸漬して染色することにより作
製される。この場合、被染色層としては通常、ゼラチ
ン、カゼインなどの蛋白質を主体とした感光性樹脂が用
いられる。また、色分解フィルターの染色に用いられる
染料としては、酸性染料、直接染料、塩基性染料、反応
性染料が挙げられるが、色調の豊富さ、染色の容易さか
ら、一般的には酸性染料、直接染料が用いられる。これ
ら酸性染料や直接染料により染色する場合、染料のみの
水溶液で被染色層を染色しても十分な染着速度が得られ
ないため、染色助剤として酸が加えられ、かつ30〜80℃
での加熱が必要である。こうした染色助剤として用いら
れる酸成分としては、例えば酢酸、シュウ酸などの揮発
性有機酸(特開昭55−19884号など)、酢酸と酢酸アン
モニウムなどの緩衝液との混合液(特開昭59−85197
号)などが挙げられる。
前述したような染色工程を経て作製される色分解フィ
ルターの性能は、その分光特性、すなわち染料の染着の
程度によって決る。更に、染料の染着の程度は、染色液
の温度、pH、染料濃度などにより決るため、品質の安定
した色分解フィルターを得るためには、染色工程での染
色液の温度、pH、染料濃度、液量を一定範囲内に厳重に
管理・コントロールすることが必要である。
しかしながら、従来はこれらの調整はほとんど行われ
ず、もっぱら染色温度、染色時間を変化させることによ
り、色分解フィルターの分光特性を一定の範囲内に納め
ようとする方式がとられてきた。ところが、染色液の加
熱により水及び染色助剤の揮発性酸成分が蒸発するた
め、染色槽中の染色液の染料濃度、pHは上り、一般に染
着速度は下がる。この状態を長時間放置した場合には、
染色温度・時間をどのように変化させても規定の染着濃
度が得られない。また、液量が減少して被染色全体が染
色液に浸りきらないため、染まらない部分がでてくる状
態となる。しかも、染色液を追加しても染料濃度、pHが
もとの状態には戻らないため、結局染料槽中の染色液を
交換しなければならなかった。このため、色分解フィル
ターの品質(分光特性)のばらつきが大きい、生産性が
低い、高価な染色液の可使時間が短く染色コストが高い
という問題があった。
(発明が解決しようとする課題) 本発明は前記問題点を解決するためになされたもので
あり、色分解フィルターなどの品質のばらつきが小さ
く、生産性を向上でき、染色コストを低減できる自動染
色装置を提供することを目的とする。
[発明の構成] (課題を解決するための手段) 本発明の自動染色装置は、温度調節器を備えた染色槽
と、該染色槽内の染色液のpH、染料濃度および液量をそ
れぞれ検知する検知部と、前記各検知部で得られる検知
信号を表示するモニタ部と、前記染色槽内に酸、水およ
び染色液をそれぞれ供給する調節液供給部と、前記各検
知部でそれぞれ得られるpH、染料濃度および液量の検知
信号に基づいて前記各調節液供給部を制御する制御部と
を具備し、前記染料槽内の染色液を循環させる循環経路
を形成し、循環経路の途中に前記染料濃度の検知部を設
け、循環経路から分岐させて前記pHの検知部を設けると
ともにpHの検知部に廃棄経路を接続したことを特徴とす
るものである。
本発明において、温度調節器は通常用いられるもので
充分である。染色液のpHは通常のpH計で測定することが
できる。染色液の染料濃度は染色液の導電率、イオン電
流、分光光度などの測定により算出することができる。
染色液の液量は通常の液量計で測定することができる。
これらpH、染料濃度、液量の検知信号に基づいて制御部
により調整液(酸、水、染料液)の供給を自動的に行え
ば、高精度に制御できる。なお、pHの検知、染料濃度の
検知は、場合によってはマニュアルで行ない、検出値を
制御部にインプットして制御を行なってもよい。
本発明において、染色槽内の染色液は撹拌されるが、
この撹拌は染色液をオーバーイーフロー方式で循環させ
るだけで充分である。この場合、循環速度が速いほど染
色のばらつきを低減できるとともに、染色液の制御調整
時間を短縮できるので望ましい。
(作用) 本発明の自動染色装置によれば、常時染色液の温度、
pH、染料濃度、液量をモニターし、必要に応じて、濃度
変化の原因となる蒸発で失われた水、pH変化の原因であ
る揮発で失なわれた染色助剤の酸、被染色物などに付着
して持ち出される染色液を添加するので、染色液の温
度、pH、染料温度、液量を一定範囲内に維持することが
できる。したがって、色分解フィルターなどの品質のば
らつきを小さくすることができる。また、pH、染料濃
度、液量の検知、及び調整液の供給を自動的に行うこと
により、染色工程をより高精度に制御でき、生産性も高
くなる。更に、染色槽中の染色液全部を交換する必要が
ないので、高価な染色液の可使時間が長くなり、染色コ
ストを低減できる。
(実施例) 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。
第1図は本発明に係る自動染色装置の構成図である。
なお、第1図ではそれぞれ実線で液の流れを、破線で信
号の流れを示す。第1図において、染色槽1内には染色
液2が収容される。染色槽1内の染色液2中には温度調
節器3が設置され、これによって染色液2の温度を一定
範囲内に維持できる。また、染色槽1内の染色液2中に
は液量計4が浸漬され、染色液2の液量が検知される。
染色液2は、液循環用ポンプ5の作動により、フィルタ
ー6でろ過され、オーバーフロー方式で染色槽1へ循環
され、染色槽1内で撹拌される。また、染色液2の一部
はサンプリング用ポンプ7によってサンプリングされ、
染料濃度計8に導入された染色液2は染色槽1へ循環さ
れ、pH計9に導入された染色液2は廃棄される。
前記液量計4の信号S1、染料濃度計8の信号S2、及び
pH計9の信号S3はモニター10に表示され、更にこれらの
信号は制御部11に入力される。そして、これらの信号に
基づいて制御部11により送液ポンプ12、13、14を作動さ
せ、それぞれ酸水溶液、水、染色液を収容したタンク1
5、16、17から染色槽1へこれらの調整液を供給させ
る。
第2図に制御部11による染色前の制御のフローチャー
トの一例を示す。第2図に示すように、電源を入れ、染
色液の温度Tが設定した温度範囲内、すなわち下限温度
T1以上、上限温度T2以下であるかどうかを判断する。そ
して、所定の温度範囲でなければ、温度調節器を作動さ
せて所定時間待機した後、前記染色液の温度が設定した
温度範囲であるかどうかの判断を繰り返す。また、所定
の温度範囲内であれば、pH計を作動させて所定時間待機
した後、pHを測定し、染色液のpHが設定値範囲内、すな
わち下限値X1以上、上限値X2以下であるかどうかを判断
する。そして、pHが上限値X2より高ければ、酸水溶液を
供給し、前記操作を繰り返す。また、pHが下限値X1より
低ければ、警報を出し、この場合は染色液の交換が必要
となる。pHが設定値範囲内であれば、染料濃度計を作動
させ、所定時間待機した後、濃度を測定し、染色液の染
料濃度が設定値範囲内、すなわち下限値C1以上、上限値
C2以下であるかどうかを判断する。そして、染料濃度が
設定値C2より高ければ、水を供給し、前記操作を繰り返
す。また、染料濃度が下限値C1より低ければ、染色液を
供給し、前記操作を繰り返す。染料濃度が設定値範囲内
であれば、液量を測定し、染色液の液量が設定値V1以上
であるかどうかを判断する。そして、液量が設定値V1
り少なければ、染色液を供給し、前記操作を繰り返す。
また、液量が設定値V1以上であれは染色が行われる。
染色中は染色ばらつきを小さくするために、モニター
のみを行い、調整液の供給は行わないことが望ましい。
また、染色後は染色前と同様な制御を行ってもよいし、
一定時間ごとに一定項目のみを測定・制御してもよい。
なお、温度、pH、濃度、液量の制御順序は第2図に示
した例に限らず、任意の順序としてよいが、液量につい
ては最後に制御するほうが効率的である。
実際に、第1図に示す装置を用い第2図に示す所定の
制御を行った場合(実施例1)と、第1図に示す装置を
用いたが一部の機器は作動させずに第2図の制御を行わ
なかった場合(比較例1、2)とで、染色サンプルの分
光特性にどのような影響が生じたかを調べた。最初に、
以下に示す実施例1及び比較例1、2に共通する条件な
どについて説明する。これらの実験では、染色液として
カラノール・ミーリング・タークォイス・ブルー3G(日
本化薬(株)製商品名)0.1重量%、及び酢酸0.04重量
%を含むpH3.80の水溶液を用いた。この水溶液を20容
量の染色槽に入れ、60±0.2℃に加熱し、30/分の流
速で循環させながら、染色を行った。すなわち、染色サ
ンプルとしてガラスウェハ上にカゼイン−重クロム酸混
合液を塗布し、露光・現像して膜厚1μmの被染色槽を
形成したものを用い、前記染色槽中に2分間浸漬して色
分解フィルターを作製した。その後、水洗、乾燥して分
光特性を測定した。
比較例1 染色液の温度が60±0.2℃に達した後、染色を開始
し、温度制御は行ったが、染色液のpH、染料濃度、液量
の制御を全く行わなかった。この場合、染色液の染料濃
度は第3図中(A)、pHは第4図中(A)にそれぞれ示
すように変化した。
比較例2 染色液の温度が60±0.2℃に達した後、染色を開始
し、温度制御を行った。また、染色液の染料濃度が初期
値より10%高くなった時点で染色槽に水3.64を投入し
て染料濃度を制御したが、染色液のpH、液量の制御は行
わなかった。この場合染色液の染料濃度は第3図
(B)、pHは第4図中(B)にそれぞれ示すように変化
した。
実施例1 染色液の温度が60±0.2℃に達した後、染色を開始
し、温度制御を行った。また、比較例2と同様に染料濃
度の制御を行った。また、染色液のpHが3.85より高くな
った時点で染色槽に0.40重量%酢酸水溶液0.1を投入
してpHを制御した。更に、被染色層が染色液に浸らなく
なる前に、ウェハなどに付着して染色槽から持ち出され
る染色液に見合う量の染色液を供給して液量を制御し
た。この場合も、染色液の染料濃度は第3図(B)とほ
ぼ同様に変化し、pHは第4図中(C)に示すように変化
した。
以上の各場合について、色分解フィルターの分光特性
を第5図に示す。なお、第5図中、実線は染色液の湿度
が60±0.2℃に達した直後(加熱時間0時間、pH3.80、
染料濃度0.1重量%))に染色された色分解フィルター
の分光特性(参照例)、一点鎖線は比較例1で加熱時間
10時間後(pH6.50、染料濃度0.13重量%)に染色された
色分解フィルターの分光特性、二点鎖線は比較例2で加
熱時間10時間後(pH6.48、染料濃度0.11重量%)に染色
された色分解フィルターの分光特性、破線は実施例1で
加熱時間10時間後(pH3.80、染料濃度0.11重量%)に染
色された色分解フィルターの分光特性である。
前述したような制御では、比較例1の場合にはpH、染
料濃度ともに初期値より大幅に高くなり、比較例2の場
合にはpHが初期値より大幅に高く、染料濃度が初期値よ
りわずかに高くなり、実施例1の場合には染料濃度が初
期値よりわずかに高くなる。このように、第5図に示さ
れる色分解フィルターの分光特性の大きな変化は、染色
液のpH、染料濃度の影響によるものである。この場合、
染料濃度による影響も認められるが、pHによる影響がよ
り大きい。そして、実施例1のように温度調節を行うと
ともに、水、酢酸水溶液及び染色液を加えて染料濃度、
pH及び液量を調整することにより、色分解フィルターの
分光特性のばらつきを小さくすることができる。
[発明の効果] 以上詳述したように本発明の自動染色装置によれば、
染色ばらつきの小さい高品質の色分解フィルターを生産
性よく、低コストで製造できるなどその工業的価値は大
きい。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例における自動染色装置の構成
図、第2図は同自動染色装置による制御の一例を示すフ
ローチャート図、第3図は染料濃度制御を行った場合と
行わなかった場合の染料濃度の経時変化を示す特性図、
第4図はpH制御を行った場合と行わなかった場合のpHの
経時変化を示す特性図、第5図は実施例1、比較例1、
2で得られた色分解フィルターの分光特性図である。 1……染色槽、2……染色液、3……温度調節器、4…
…液量計、5……該循環用ポンプ、6……フィルター、
7……サンプリング用ポンプ、8……染料濃度計、9…
…pH計、10……モニター、11……制御部、12、13、14…
…送液ポンプ、15、16、17……タンク。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】温度調節器を備えた染色槽と、該染色槽内
    の染色液のpH、染料濃度および液量をそれぞれ検知する
    検知部と、前記各検知部で得られる検知信号を表示する
    モニタ部と、前記染色槽内に酸、水および染色液をそれ
    ぞれ供給する調節液供給部と、前記各検知部でそれぞれ
    得られるpH、染料濃度および液量の検知信号に基づいて
    前記各調節液供給部を制御する制御部とを具備し、前記
    染料槽内の染色液を循環させる循環経路を形成し、循環
    経路の途中に前記染料濃度の検知部を設け、循環経路か
    ら分岐させて前記pHの検知部を設けるとともにpHの検知
    部に廃棄経路を接続したことを特徴とする自動染色装
    置。
  2. 【請求項2】染色槽内の染色液を撹拌するためにオーバ
    ーフロー方式で循環させる手段を設けたことを特徴とす
    る特許請求の範囲第1項記載の自動染色装置。
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