JP4469872B2

JP4469872B2 - 塗布方法およびパターン形成方法

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Publication number: JP4469872B2
Application number: JP2007118744A
Authority: JP
Inventors: 志信田中
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2007-04-27
Filing date: 2007-04-27
Publication date: 2010-06-02
Anticipated expiration: 2027-04-27
Also published as: TWI376982B; CN101293239A; TW200911015A; KR101401687B1; CN101293239B; JP2008277103A; KR20080096427A

Description

本発明は、カラーフィルターや有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）表示装置等の製造において、基板上にインクジェットにより塗布液を塗布する塗布方法およびそれを用いたパターン形成方法に関する。

例えば、カラーフィルターの製造においては、レッド、グリーン、ブルーの３色の色彩レジストを所定パターンに塗布するが、近時、このような複数の材料を同一の基板に塗布する技術としてインクジェット塗布が検討されている（例えば特許文献１、２、３）。インクジェット塗布とは、カラー印刷に広く用いられているインクジェットプリンターの原理をカラーフィルター等の塗布に応用したものであって、ノズル毎に異なる色の色彩レジスト液を噴出することで３色のカラーフィルター薄膜の形成が同時に行なえるという利点がある。

インクジェット塗布を用いて複数の色の色彩レジストを塗布する場合、ある領域に塗布された色彩レジストが隣接する領域に流出するという問題が生じるおそれがあるが、そのような問題を解消するため、異なる領域を仕切るためのバンクと称される仕切り部材を設け、バンクに囲まれた領域に色彩レジスト液を塗布する手法が採用されている（特許文献４）。

ところで、インクジェット塗布では、原理的に必ずしも十分な精度でねらった位置に色彩レジスト液を吐出することができない。このため、色彩レジスト液をバンクに囲まれた領域に正確に供給する観点から、ＣＦ_４ガスによるプラズマ処理により全面を撥水処理した後、Ｏ_２ガスプラズマにより基板面を親水処理してバンクの表面のみを選択的に撥水性にし、色彩レジスト液の滴下位置を補正する技術が提案されている（特許文献５）。

しかしながら、このような撥水処理によっても色彩レジスト液の滴下位置を十分に補正することができず、バンクに囲まれた領域全体に色彩レジスト液を充填しようとすると、バンクを乗り越えて隣接する領域に流出するといった不都合が生じる。また、撥液処理によりバンク側面が撥水性になると色彩レジストが弾かれて色彩レジストが十分に充填されずに、光漏れが生じるおそれがある。
特開平１−２１７３０２号公報特開平７−７２３２５号公報特開平７−１４６４０６号公報特開平１０−１３３１９４号公報特開２００２−３７２９２１号公報

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、インクジェット塗布により基板上に形成されたバンク内に精度良く塗布膜を充填させることができる塗布方法およびパターン形成方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の第１の観点では、基板上においてバンクの表面が撥液処理されており、前記バンクに囲まれた領域にインクジェット方式により塗布液を供給して塗布膜を形成した後、前記基板を親液処理して前記基板の表面全面を親液化し、その後その塗布膜を軟化させて流動させることにより、該塗布膜を前記バンクに囲まれた領域に充填させることを特徴とする塗布方法が提供される。

上記第１の観点において、前記基板を親液処理して前記基板の表面全面を親液化した後、前記塗布膜を軟化させて流動させる前に、前記塗布膜を固化させるようにしてもよい。また、前記バンクに囲まれた領域に前記インクジェット方式により塗布液を供給する前に、前記バンクの表面が撥液処理されるようにすることができる。さらに、前記塗布膜の軟化は、前記塗布膜を有機溶剤雰囲気に曝すことにより行われることが好ましい。さらにまた、前記バンクに囲まれた領域は、複数の色彩の塗布膜のそれぞれを形成すべき位置に複数形成されるものとすることができる。さらにまた、前記塗布膜を種々の有機膜または無機膜に適用することができる。

前記塗布膜を軟化させて流動させる処理は、前記バンクに囲まれた領域に偏って形成された塗布膜の位置を補正するものであってよく、また、前記バンクに囲まれた領域に角部がある場合に、前記塗布膜をその角部に行き渡らせるものであってもよく、さらに、前記塗布液が高粘度のものである場合に、前記バンクに囲まれた領域の外周部に塗布膜を行き渡らせるものであってもよい。

本発明の第２の観点では、基板上に塗布膜による薄膜パターンを形成するパターン形成方法であって、基板上に薄膜形成予定領域を囲むようにバンクを形成する工程と、前記バンクの表面を撥液処理する工程と、前記バンクに囲まれた薄膜形成予定領域にインクジェット方式により塗布液を供給し、塗布膜からなる薄膜を形成する工程と、前記基板を親液処理して前記基板の表面全面を親液化する工程と、前記薄膜を軟化させて流動させることにより、該薄膜を前記バンクに囲まれた領域に充填させる工程とを有することを特徴とするパターン形成方法を提供する。

上記第２の観点において、前記基板を親液処理して前記基板の表面全面を親液化する工程の後、前記薄膜を軟化させて流動させる前に、前記薄膜を固化する工程をさらに有するようにしてもよい。また、前記バンクに囲まれた領域に前記インクジェット方式により塗布液を供給する前に、前記バンクの表面が撥液処理されるようにすることができる。さらに、前記薄膜の軟化は、前記薄膜を有機溶剤雰囲気に曝すことにより行われることが好ましい。さらにまた、前記バンクに囲まれた薄膜形成予定領域は、複数の色彩の薄膜のそれぞれを形成すべき位置に複数形成されるものとすることができる。さらにまた、前記塗布膜を種々の有機膜または無機膜に適用することができる。

前記塗布膜を軟化させて流動させる処理は、前記バンクに囲まれた薄膜形成予定領域に偏って形成された薄膜の位置を補正するものであってよく、また、前記バンクに囲まれた薄膜形成予定領域に角部がある場合に、前記薄膜をその角部に行き渡らせるものであってもよく、さらに、前記塗布液が高粘度のものである場合に、前記バンクに囲まれた薄膜形成予定領域の外周部に薄膜を行き渡らせるものであってもよい。

本発明の第３の観点では、コンピュータ上で動作し、処理システムを制御するプログラムが記憶された記憶媒体であって、前記プログラムは、実行時に、第１の観点の塗布方法が行われるように、コンピュータに前記処理システムを制御させることを特徴とする記憶媒体を提供する。

本発明の第４の観点では、コンピュータ上で動作し、処理システムを制御するプログラムが記憶された記憶媒体であって、前記プログラムは、実行時に、第２の観点のパターン形成方法が行われるように、コンピュータに前記処理システムを制御させることを特徴とする記憶媒体を提供する。

本発明によれば、インクジェット塗布により塗布膜を形成した後、基板の表面全面を親液処理し、その後その塗布膜を軟化させて流動させる処理（リフロー処理）により塗布膜を広げるので、バンク内の領域に精度良く塗布膜を充填させることができる。

以下、添付図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。
ここでは、液晶表示装置のカラーフィルターにおいて色彩レジストを塗布し、色彩レジストパターンを形成する方法を例にとって説明する。
図１は本発明の一実施形態に係る色彩レジストパターンの形成方法を示すフローチャート、図２は各工程を説明するための工程断面図である。

まず、図２（ａ）に示すように、ガラス基板１の上に樹脂製のバンク２をフォトリソグラフィにより形成し、複数の薄膜形成予定領域３を規定する（ステップ１）。この薄膜形成予定領域３は、レッド、グリーン、ブルーの３色の色彩レジストの薄膜のそれぞれを形成すべき位置に形成される。

次いで、例えばＣＦ_４ガスのようなフッ素含有ガスを用いた常圧プラズマによりガラス基板１の全面に色彩レジスト液に対する撥液処理（撥水処理）を施し、疎水面４を形成する（ステップ２、図２（ｂ））。その後、Ｏ_２ガスプラズマにより処理することによりガラス基板１の表面のフッ素を飛ばし、親水化する（ステップ３、図２（ｃ））。

この状態で、インクジェット塗布によりノズル５から塗布液として所定の色の色彩レジスト液６を薄膜形成予定領域３に吐出し、カラーフィルター層となる色彩レジスト薄膜７を形成する（ステップ４、図２（ｄ））。上述したように、インクジェット塗布は、カラー印刷に広く用いられているインクジェットプリンターの原理をカラーフィルター等の塗布に応用したものであり、レッド、グリーン、ブルーの３色の色彩レジスト毎に異なるノズルを用いて行われ、隣接する薄膜形成予定領域３は互いに異なる色の色彩レジスト液が滴下されるようになっている。これにより、３色のカラーフィルター層の形成を同時に行うことができる。

この場合に、バンク２に撥水処理が施されて疎水面４が形成されているため、インクジェット方式によりノズル５から吐出した色彩レジスト液６の滴下位置が多少ずれていてもバンク２の側面を伝って中心位置に位置補正される。ここで、色彩レジスト液６の供給量を薄膜形成予定領域３からオーバーフローしないように少量に止める。この段階では、疎水面４での弾き等により、色彩レジスト液６は薄膜形成予定領域３の全面には広がっておらず、隙間が形成されている。

次に、バンク２の表面に親水化液を塗布するか、またはＵＶ照射処理を施す等により、バンク２表面の疎水部を除去して全面親水化する（ステップ５、図２（ｅ））。

その後、形成した色彩レジスト薄膜７を必要に応じて適宜の方法で固化させる（ステップ６、図２（ｆ））。この場合に固化させる手法は問わず、減圧乾燥等の熱をかけない乾燥を行って固化してもよいし、加熱して固化させてもよい。この固化工程は、搬送中の色彩レジスト薄膜７の変形等が問題とならない場合には、必ずしも必要ではない。

この状態で、色彩レジスト薄膜７をシンナー等の有機溶剤の雰囲気に曝して軟化させ、流動（リフロー）させる（ステップ７、図２（ｇ））。これにより色彩レジスト薄膜７は薄膜形成予定領域３の全面に広がり、平坦化され、薄膜形成予定領域３に形成されていた隙間が埋められる。このリフロー処理は、例えば特開２００２−３３４８３０号公報に開示されているように、フォトリソグラフィのためのパターンの形成工程を省略するために、レジストパターンの形状を変化させる技術として開発されている。このリフロー処理は、ガラス基板１をチャンバ内の載置台に載置した状態で、バブリング等により溶剤蒸気をチャンバ内に導入することにより行うことができる。

このように、インクジェット塗布を行った後、リフロー処理を行う場合には、色彩レジスト液の量が少なくても薄膜形成予定領域３の全面に広げることができるため、インクジェット塗布の際の色彩レジストの供給量を少なくすることができる。この場合に、色彩レジスト薄膜７の膜厚が薄くなるが、初期時のレジスト濃度を高めに設定するか、色濃度を濃くすることにより対応することができる。リフロー処理の後は、必要に応じて加熱処理を行う。これにより、色彩レジストからなる薄膜の所望のパターンが形成される。

このようにインクジェット塗布とリフロー処理とを組み合わせることにより、以下のような大きな利点を得ることができる。

（１）インクジェット塗布は本質的に微細なパターンに必ずしも十分に対応することができないことから、図３（ａ）に示すように、色彩レジスト液６の滴下位置が薄膜形成予定領域３の中で偏ることがあり、この場合には、図３（ｂ）に示すように、形成された色彩レジスト薄膜７の位置もずれて色が薄くなる部分（色薄部分）９が生じる。また、図４（ａ）に示すように、さらに滴下位置がずれて一部バンク２に乗り上げるような場合も生じ、この場合には図４（ｂ）に示すように、色彩レジスト薄膜７の位置もさらにずれて色が抜けた部分（色抜部分）１０により光漏れが生じる部分が存在する。これに対して、リフロー処理を適用して色彩レジスト薄膜７を流動させることにより、図３（ｂ）や図４（ｂ）に示したような薄膜７の偏りを図５（ａ）、（ｂ）のように補正して色薄部分や色抜部分の発生を防止することができる。

（２）従来のインクジェット塗布においては、色彩レジストの滴下位置が多少ずれても、薄膜形成予定領域３の全面に色彩レジストが行き渡るように、色彩レジスト液の吐出量を多くしていたため、色彩レジスト液がバンク２を越えて流出し、色混ざりが発生するおそれがあったが、リフロー処理を適用する場合には、吐出時には色彩レジスト液が薄膜形成予定領域３の全面に広がっている必要はなく、したがって色彩レジスト液の吐出量を少なくしてその流出を生じ難くすることができる。

（３）インクジェット塗布は、液体を滴下してバンク２に囲まれた領域に液を充填させるものであるため、液の表面張力によって吐出形状が丸くなりやすい。したがって、バンク２に囲まれた領域の形状が角部の存在するようなものである場合には、図６（ａ）に示すように、色彩レジスト液６が角部１２に行き渡らず、その部分が色抜けになりやすい。これに対して、リフロー処理を適用して色彩レジスト薄膜７を流動させることにより、図６（ｂ）に示すように、薄膜７を角部１２に行き渡らせることができ、色抜部分を生じ難くすることができる。

（４）高粘度レジストを用いた場合、インクジェット塗布の際のレジスト吐出量は少量でよいため、レジスト使用量を削減することができ、バンク２の乗り越えに色混ざりを発生しにくくすることができるが、高粘度レジストは流動性が少なく、しかも少量滴下であるため、薄膜形成予定領域３の外周部に色彩レジスト液が行き渡り難く、図７（ａ）に示すように、外周部１３の色抜けが発生しやすい。これに対して、リフロー処理を適用することにより、このような高粘度レジストを用いた場合であっても色彩レジスト薄膜７を流動させることができ、図７（ｂ）に示すように薄膜７を薄膜形成予定領域３の外周部に行き渡らせて全体に広げることができる。

なお、ステップ２の疎水面４の形成およびステップ３のガラス基板１の表面の親水化処理は必須なものではない。これらの工程を行わない場合には、ステップ５の親水化処理も不要である。

ステップ６の薄膜７の固化は、ステップ７のリフロー処理を行う際に、リフロー処理に先立ってリフロー処理チャンバ内で減圧乾燥により、または載置台に埋設されたヒーター等による加熱乾燥により行うことができる。ただし、インクジェット塗布装置と、リフロー処理装置とが離れた位置に設置されている場合には、インクジェット塗布を行ってからリフロー処理装置のチャンバに搬入されるまでのガラス基板の搬送の際に、インクジェット塗布により形成された薄膜パターンが崩れるおそれがある。その場合には、インクジェット塗布を行った後すぐに、別個に設けられた装置により、減圧乾燥や加熱乾燥を行って固化することが好ましい。

インクジェット塗布により形成された薄膜パターンを極力崩さない観点から、インクジェット塗布を行った後速やかにリフロー処理を行うことが好ましく、このような観点からは、インクジェット塗布装置とリフロー装置が一体となった装置を用いることが好ましい。このような装置としては、隣接した異なるチャンバ内でそれぞれインクジェット塗布とリフロー処理を行うようなものであっても、同一チャンバでインクジェット塗布とリフロー処理を行うものであってもよい。また、インクジェット塗布を行った後、リフロー処理を行うまでの間に、加熱処理等、適宜の他の処理を行ってもよい。

次に、このようなパターン形成方法を行う処理システムおよびその制御系の例について説明する。
図８はこのような処理システムを示すブロック図である。この処理システム１００は、上述したように、例えばフォトリソグラフィ技術によりバンクを形成するバンク形成装置１０１、例えばＣＦ_４ガスのプラズマにより撥水処理を行い、Ｏ_２ガスのプラズマにより親水化処理を行うプラズマ処理装置１０２、ノズルから色彩レジストを供給して色彩レジスト薄膜を形成するインクジェット塗布装置１０３、減圧乾燥または加熱乾燥等によりインクジェット塗布後の色彩レジスト薄膜を固化する固化装置１０４、撥水処理を行って疎水面となったバンク表面に親水液塗布またはＵＶ照射を行う親水化装置１０５、色彩レジスト薄膜に対してリフロー処理を行うリフロー処理装置１０６等を備えており、さらに、これらの間で基板１を搬送する搬送機構１０７を備えている。また、これら処理装置１０１〜１０６および搬送機構１０７を制御するマイクロプロセッサ（コンピュータ）からなるプロセスコントローラ１０８を有している。プロセスコントローラ１０８には、オペレータが処理システム１００を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードや、プラズマ処理装置の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等からなるユーザーインターフェース１０９が接続されている。

また、プロセスコントローラ１０８には、処理システム１００で実行される各種処理をプロセスコントローラ１０８の制御にて実現するための制御プログラムや、処理条件に応じて処理システム１００の各構成装置に処理を実行させるためのプログラムすなわちレシピが格納された記憶部１１０が接続されている。レシピは記憶部１１０の中の記憶媒体に記憶されている。記憶媒体は、ハードディスクや半導体メモリであってもよいし、ＣＤＲＯＭ、ＤＶＤ、フラッシュメモリ等の可搬性のものであってもよい。また、他の装置から、例えば専用回線を介してレシピを適宜伝送させるようにしてもよい。

そして、必要に応じて、ユーザーインターフェース１０９からの指示等にて任意のレシピを記憶部１１０から呼び出してプロセスコントローラ１０８に実行させることで、プロセスコントローラ１０８の制御下で、処理システム１００での所望の処理が行われる。

処理システム１００を構成する各処理装置は、全て独立した別個の装置であってもよいし、一部または全部が一体化したものであってもよい。一体化の例としては、インクジェット塗布装置１０３と固化装置１０４の一体化、インクジェット塗布装置１０３と固化装置１０４とリフロー処理装置１０６の一体化、固化装置１０４とリフロー処理装置１０６の一体化等を挙げることができる。

以上のような装置構成により、記憶媒体に記憶されたレシピに基づいて、処理システムに上記図１に示す工程を実行させ、色彩レジストの塗布処理および色彩レジスト薄膜パターンの形成を行うことができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく、種々変形可能である。例えば、上記実施形態では、液晶表示装置等に用いられるカラーフィルターのフィルター層として用いられる色彩レジスト薄膜パターンの形成に本発明を適用したが、有機半導体膜を用いたＥＬ素子用の薄膜パターンの形成にも適用することができる。また、ＬＥＤ（発光ダイオード）素子などの表示装置における薄膜形成、さらには、種々の有機膜または無機膜の薄膜形成、例えばインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）膜や絶縁膜等の薄膜形成にも適用することができる。

また、リフロー処理として有機溶剤を用いる例について示したが、これに限るものではなく、形成された薄膜に流動性を与えることができるものであれば、熱による処理等、他の処理であってもよい。

本発明の一実施形態に係る色彩レジストパターンの形成方法を示すフローチャート。本発明の一実施形態に係る色彩レジストパターンの形成方法の各工程を説明するための工程断面図。インクジェット塗布における色彩レジスト液の滴下位置および形成される薄膜の偏りを示す図。インクジェット塗布における色彩レジスト液の滴下位置の偏りおよび形成された薄膜の偏りを示す図。インクジェット塗布における薄膜の偏りをリフロー処理で補正した状態を示す図。角のある領域にインクジェット塗布で薄膜を形成した状態と、その後リフロー処理して角部に薄膜を行き渡らせた状態を示す図。高粘度レジストを用いてインクジェット塗布した状態と、リフロー処理により高粘度レジストを塗布して形成された薄膜を薄膜形成予定領域の外周部に行き渡らせた状態を示す図。本発明の一実施形態に係るパターン形成方法を行う処理システムおよびその制御系の例を示すブロック図。

符号の説明

１；ガラス基板
２；バンク
３；薄膜形成予定領域
４；疎水面
５；ノズル
６；色彩レジスト液
７；色彩レジスト薄膜
９；色薄部分
１０；色抜部分
１２；角部
１３；外周部
１００；処理システム
１０３；インクジェット塗布装置
１０４；固化装置
１０６；リフロー処理装置
１０８；プロセスコントローラ
１１０；記憶部

Claims

基板上においてバンクの表面が撥液処理されており、前記バンクに囲まれた領域にインクジェット方式により塗布液を供給して塗布膜を形成した後、前記基板を親液処理して前記基板の表面全面を親液化し、その後その塗布膜を軟化させて流動させることにより、該塗布膜を前記バンクに囲まれた領域に充填させることを特徴とする塗布方法。
前記基板を親液処理して前記基板の表面全面を親液化した後、前記塗布膜を軟化させて流動させる前に、前記塗布膜を固化させることを特徴とする請求項１に記載の塗布方法。
前記塗布膜の軟化は、前記塗布膜を有機溶剤雰囲気に曝すことにより行われることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の塗布方法。
前記バンクに囲まれた領域は、複数の色彩の塗布膜のそれぞれを形成すべき位置に複数形成されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の塗布方法。
前記塗布膜が有機膜または無機膜であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の塗布方法。
前記塗布膜を軟化させて流動させる処理は、前記バンクに囲まれた領域に偏って形成された塗布膜の位置を補正することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の塗布方法。
前記塗布膜を軟化させて流動させる処理は、前記バンクに囲まれた領域に角部がある場合に、前記塗布膜をその角部に行き渡らせることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の塗布方法。
前記塗布膜を軟化させて流動させる処理は、前記塗布液が高粘度のものである場合に、前記バンクに囲まれた領域の外周部に塗布膜を行き渡らせることを特徴とする請求項１から請求項５に記載の塗布方法。
基板上に塗布膜による薄膜パターンを形成するパターン形成方法であって、
基板上に薄膜形成予定領域を囲むようにバンクを形成する工程と、
前記バンクの表面を撥液処理する工程と、
前記バンクに囲まれた薄膜形成予定領域にインクジェット方式により塗布液を供給し、塗布膜からなる薄膜を形成する工程と、
前記基板を親液処理して前記基板の表面全面を親液化する工程と、
前記薄膜を軟化させて流動させることにより、該薄膜を前記バンクに囲まれた領域に充填させる工程と
を有することを特徴とするパターン形成方法。
前記基板を親液処理して前記基板の表面全面を親液化する工程の後、前記薄膜を軟化させて流動させる前に、前記薄膜を固化する工程をさらに有することを特徴とする請求項９に記載のパターン形成方法。
前記薄膜の軟化は、前記薄膜を有機溶剤雰囲気に曝すことにより行われることを特徴とする請求項９または請求項１０に記載のパターン形成方法。
前記バンクに囲まれた薄膜形成予定領域は、複数の色彩の薄膜のそれぞれを形成すべき位置に複数形成されることを特徴とする請求項９から請求項１１のいずれか１項に記載のパターン形成方法。
前記薄膜が有機膜または無機膜であることを特徴とする請求項９から請求項１１のいずれか１項に記載のパターン形成方法。
前記塗布膜を軟化させて流動させる処理は、前記バンクに囲まれた薄膜形成予定領域に偏って形成された薄膜の位置を補正することを特徴とする請求項９から請求項１３のいずれか１項に記載のパターン形成方法。
前記塗布膜を軟化させて流動させる処理は、前記バンクに囲まれた薄膜形成予定領域に角部がある場合に、前記薄膜をその角部に行き渡らせることを特徴とする請求項９から請求項１３のいずれか１項に記載のパターン形成方法。
前記塗布膜を軟化させて流動させる処理は、前記塗布液が高粘度のものである場合に、前記バンクに囲まれた薄膜形成予定領域の外周部に薄膜を行き渡らせることを特徴とする請求項９から請求項１３のいずれか１項に記載のパターン形成方法。
コンピュータ上で動作し、処理システムを制御するプログラムが記憶された記憶媒体であって、前記プログラムは、実行時に、請求項１から請求項８のいずれかの塗布方法が行われるように、コンピュータに前記処理システムを制御させることを特徴とする記憶媒体。
コンピュータ上で動作し、処理システムを制御するプログラムが記憶された記憶媒体であって、前記プログラムは、実行時に、請求項９から請求項１６のいずれかのパターン形成方法が行われるように、コンピュータに前記処理システムを制御させることを特徴とする記憶媒体。