JP4665498B2 - 現像装置及び現像方法 - Google Patents

Description

本発明は、現像装置及び現像方法に係り、特に、液晶ディスプレイ用のカラーフィルターの製造に適した現像装置及び現像方法に関する。

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し、露光し、現像する等の工程からなり、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、感光性レジストより溶出成分が現像液中に溶存し、現像液の性能に大きく影響を及ぼすと共に、被現像基板へ溶存成分が付着して、カラーフィルターの品質にも大きな影響を及ぼす。

現像液中に溶存する感光性レジスト成分、例えば顔料、アクリル系樹脂、モノマー等を除去するために、フィルターを備えた自動現像装置が普及しているが、除去成分の増加に伴い、フィルターに目詰りが生じるため、フィルターの交換頻度が多いという問題がある。

現像液中の感光性レジスト溶出物を除去して、現像液を再生することに関する提案は過去にもなされており、実際に、限外濾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１参照）。

しかし、この現像液の再生方法は、従来の現像方式では現像液の使用量が増大であるため、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。

フォトリソグラフィの製造ラインは、年々大型化の一途をたどっており、それに伴い、現像装置の大型化も進み、従来の現像方式、例えばシャワー現像方式、ディップ現像方式では、上述のような感光性レジスト成分が溶存する現像液では、現像槽のメンテナンス作業が困難であるという問題があった。
特開平１１−２１２２７５号公報

本発明は、以上のような事情の下になされ、現像液の使用量の減少と、使用済現像液の再生使用を同時に達成することを可能とする現像装置及び現像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の態様は、現像ユニット内において現像液を第１の方向に流す手段、被現像体を前記第１の方向とは反対の第２の方向に搬送する手段、及び前記第１の方向に流れる現像液に０．８〜１．２ＭＨｚの周波数の超音波振動を加える手段を備え、前記超音波振動を加えられた前記第１の方向に流れる現像液により前記第２の方向に移動する被現像体の現像処理が行われる現像ユニットと、前記現像に使用された後の現像液を収容し、現像装置が連続稼動時において定期的に現像液の一定量を廃棄する手段を有する限外濾過循環タンクと、前記現像に使用された後の現像液を濾過する限外濾過フィルターを備える限外濾過装置と、前記限外濾過循環タンク内の現像液を前記限外濾過装置に供給する手段と、前記限外濾過装置において前記限外濾過フィルターを透過した濾液を収容し、定期的に一定量の現像新液を取り入れる手段を有する濾液循環タンクと、前記濾液循環タンクから前記現像ユニットへ前記濾液を現像液として戻す手段と、前記限外濾過フィルタを透過した濾液の一部を濾過フィルタの逆洗浄液として貯蔵する逆洗浄用タンクを有し、前記逆洗浄タンクから前記限外濾過フィルタに逆洗浄液を送液して前記限外濾過フィルターを定期的に逆洗浄する手段を具備することを特徴とする現像装置を提供する。

本発明の第２の態様は、以上説明した現像装置を用い、現像ユニットにおいて、限外濾過フィルターを透過した濾液を用いて、被現像体の現像処理を行う現像方法を提供する。

以上のように構成される現像装置及び現像方法によると、超音波振動が加えられた現像液を用いているため、低流量の現像液によっても連続的に現像を効率よく行うことが可能であり、その結果、使用済現像液の全量を限外濾過フィルターにより処理して、現像液を循環使用することが可能である。

以下、本発明の現像装置及び現像方法についてより詳細に説明する。

本発明は、超音波を照射することにより超音波振動が加えられた現像液を用いて現像処理を行うことを特徴とする。このように、現像液に超音波振動を加えることにより、現像液に、微細な振動による物理的な力が付加され、それによって現像処理能力が促進される。

超音波の周波数は、０．８〜１．２ＭＨｚの範囲であるのが好ましい。また、現像液に超音波が照射される時間は、現像処理全体に要される現像時間の５％〜７０％であるのが好ましく、それによって、現像ユニットの個数が決定される。例えば、現像時間が１２０秒の場合には、実際に超音波が照射される時間は６秒〜８４秒となる。

現像ユニットは、現像が行われる現像室の、被処理基板に垂直な断面の単位面積当りの現像液の流量が１５〜１５０Ｌ／ｍｉｎ・ｍ^２程度となるようなものであるのが好ましい。

本発明では、現像処理により現像液中に溶解した感光性レジスト成分を除去し、現像液を再生するために、限外濾過フィルターを使用する。ここで、使用する限外濾過フィルターは、限外濾過フィルターに供給される現像剤の量に対する濾液透液率が５％〜３０％のものであるのが好ましい。限外濾過フィルターの分画分子量及び材質は、特に限定されるものではない。

現像ユニットによる現像処理、限外濾過フィルターによる現像液の再生、及び濾液の現像ユニットへの供給という、現像液の連続的な循環使用を行うために、限外濾過装置は、限外濾過フィルターを定期的に逆洗浄するための手段を具備している。

低流量による現像処理、及び限外濾過によるレジスト成分除去を同時に実現するために、本発明においては、限外濾過フィルターの濾液流量、限外濾過フィルター面積及び現像に要する現像液流量の関係が、［限外濾過の濾液流量］×［限外濾過フィルター面積］×Ａ＝［現像に要する現像液流量］の関係を満たすように、流量バランスを維持することが望ましい。この場合、Ａは、０．１〜３０である。

また、現像に要する現像液流量は、［現像ユニットに供給される現像液流量］＝［現像ユニットの現像室の単位面積当りの現像液流量］×［ノズル面積］×Ｂの関係を満たし、Ｂが１〜２０の値であることが望ましい。

更に、低流量の現像液による現像処理、及び限外濾過によるレジスト成分除去を同時に実現するために、現像液の現像処理による連続的な劣化を防ぐように、限外濾過循環タンクは、現像装置が連続稼動時において定期的に現像液の一定量を廃棄する手段を有し、また、濾液循環タンクは、定期的に一定量の現像新液を取り入れる手段を有する構成とすることが出来る。

図３に従来の方式と本発明の方式の比較を示す。Ａは、所定枚数の被現像基板を現像処理した後に、すべての現像液をドレインし、現像新液を供給した場合、Ｂは、現像新液の供給と現像液タンク内の現像液のドレインを連続的に実施し、所定枚数の被現像基板を現像処理した後に現像液の交換を行った場合の時間‐現像液汚染度の相関を示す。これに対し、Ｃは、本発明における方式を採用した時間‐現像液汚染度の相関を示す。

Ａの方式では、現像液タンク内の現像液の定期的ドレイン及び現像新液の定期的供給を行っていないため、汚染度はほぼ直線的に悪化する。逆に、Ｂはこれを行っているために、ある現像処理枚数で汚染度は定常に達するが、ランニングコストを考慮したドレイン量ではやはり現像液の汚染度は高く、製品品質に支障をきたす場合が多い。Ｃは、Ｂと同程度の現像新液の供給量でも、現像液の汚染度をかなり低く抑えることができ、図３に示すように、現像液タンク内の現像液をすべてドレインするまでのインターバルを十分に長く設定することが出来る。

上記のように、本発明によれば、製品が大型化しても作業性は悪化せず、プロセス管理が極めて容易な現像装置及び現像方法が提供される。

本発明によると、超音波振動が加えられた現像液を用いているため、低流量の現像液により連続的に現像を効率よく行うことが可能であり、それによって、使用済現像液の全量を限外濾過フィルターにより処理して、現像液を循環使用することが可能である。その結果、高品質の製品を低コストで製造することが出来るとともに、メンテナンス性の向上が可能となった。

以下に、図面を参照して、発明を実施するための最良の形態について説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る現像装置を示すフロー図である。参照符号１は、超音波振動子を備える現像ユニット２を３つ配置した現像部を概略的に示す。現像液は、この現像ユニット２内において、超音波振動子により超音波振動を加えられた状態で、感光性レジストが塗布され露光された基板に供給され、その結果、現像ユニット２で現像処理が行われる。

現像処理に供された後の処理済現像液は、管路４を通して限外濾過循環タンク３に導入される。限外濾過循環タンク３内の処理済現像液は、ポンプ７及び管路８を経て、図中、破線で囲まれた限外濾過部６の５本の限外濾過フィルター５に供給される。

限外濾過フィルター５に供給された処理済現像液は、限外濾過フィルター５を透過した濾液と、透過しない濃縮液とに分離される。濃縮液は、管路９を経て、限外濾過循環タンク３に戻される。一方、限外濾過フィルターを透過した濾液は、三方弁１７及び管路１１を経て、濾液循環タンク１０に供給される。

限外濾過フィルター５中の少なくとも一本からの濾液は、三方弁１７及び管路１４を経て逆洗浄タンク１２に供給される。逆洗浄タンク１２の液量が一定となると、逆洗浄タンク１２内の濾液は、ポンプ１３及び管路１４を経て選定された限外濾過フィルター５の一本に供給され、その限外濾過フィルター５を逆洗浄する。濾液循環タンク１０内の現像液（濾液）は、ポンプ１５及び管路１６を経て現像部１に供給される。

現像部１内の現像ユニット２の具体的構造の一例を図２に示す。図２に示すように、現像ユニット２は、内部に振動子２１を備える上部超音波ユニット２２と、下部ユニット２３とから構成され、これらユニット２２,２３の間に現像室２４が配置されている。現像室２４内には、現像液導入口２５から現像液が導入され、現像液排出口２６から処理済現像液が排出される。また、現像室２４内には、現像液が流れる方向とは逆に、左から右へと被現像基板２７が搬送され、その過程で現像処理が行われる。

現像室２４の断面サイズは、基板面に垂直な方向の幅が３０〜１００ｍｍ、基板面に平行な方向の幅が基板サイズ＋３０〜１００ｍｍであるのが好ましい。現像室２４の断面サイズが小さすぎる場合には、現像液の流速が早くなって、均一な現像を行うことが困難となり、大きすぎる場合には、現像液の流速が遅くなって現像処理に時間がかかり、また流量が大きくなって現像液が無駄になってしまう。

使用する超音波振動の周波数は、０．８〜１．２ＭＨｚであるのが好ましい。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部における膜ハガレが発生し、１．２ＭＨｚを越えると、超音波振動を加える効果が得られない。

現像室２４内を流れる現像液の流量は、現像室２４の流れに垂直な断面の単位面積当り１５〜１５０Ｌ／ｍｉｎ・ｍ^２であるのが好ましく、３０〜７０Ｌ／ｍｉｎ・ｍ^２であるのがより好ましい。１５Ｌ／ｍｉｎ・ｍ^２で未満では、均一な膜面（液面）を保持することが出来なくなり、１５０Ｌ／ｍｉｎ・ｍ^２を越えると、超音波振動を加える効果が小さくなる。

限外濾過装置部の限外濾過フィルター５としては、濾液透液率が５〜３０％であるものを選定することが好ましい。また、透液率を５〜３０％に維持するために、限外濾過フィルター５を自動及び手動にて定期的に逆洗浄するシステムを具備することが有効である。濾液透液率が５％未満では、フラックス低下を発生し、３０％を越えると、膜への影響（耐圧）により膜ハガレが発生する。

使用する現像液は、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。

本実施形態に係る現像装置では、連続的に現像処理に供される現像液成分の連続的な劣化を防ぐために、自動及び手動にて定期的に限外濾過循環液をドレインする手段１８と、ドレインに要した現像液量＋基板により持ち出された現像液量と同量の現像新液を、濾液循環タンクに自動又は手動により定期的に供給する手段１９が設けられている。

以上説明した本実施形態に係る現像装置によると、超音波振動が加えられた現像液を用いているため、現像を極めて効率的に行うことが出来、そのため低流量の現像液により連続的に現像を行うことが可能である。

一方、現像液を循環して使用するため、使用済現像液の全量を限外濾過フィルターにより処理することが試みられているが、得られる濾液の量が少なく、大量の濾液を得ようとすると、限外濾過フィルターに高圧を加えなければ成らず、限外濾過フィルターの寿命を劣化させるという問題があった。

これに対し、本実施形態に係る現像装置によると、上述したように、使用済現像液の量が少ないため、使用済現像液の全量を限外濾過フィルターにより処理して、循環使用することが可能となった。

以下、以上説明した本発明の一実施形態に係る現像装置を用いて現像処理を行った実施例について説明する。

サイズ６８０×８８０ｍｍのガラス基板に、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前後の露光を行い、図２に示す現像ユニットを備える図１に示す現像装置により連続的に現像処理を行った。

この時、使用する現像ユニット２としては、９０ｍｍ×７００ｍｍの断面サイズの現像室２４を選定し、被現像ガラス基板２７の上部に９５０ｋＨｚの超音波振動を照射するための超音波振動子２１を配置したものとした。上記被現像ガラス基板２７を現像するために、現像ユニット２を３個配置した。

現像ユニット２の現像室内を流れる現像液の流量として、１つの現像ユニット当り３．５Ｌ／ｍｉｎ（単位面積当り流量：５５．５６Ｌ／ｍｉｎ・ｍ^２ ）であり、現像に要する液流量が２１Ｌ／ｍｉｎにて実施した。

現像処理に供された後の現像液を濾過する限外濾過フィルター５としては、濾液透液率１０％〜１５％のもので、膜面積が７．８ｍ^２のものを選定し、限外濾過フィルター５の本数を３本とした。

この時、限外濾過フィルター５の濾液量は１本当り１２〜１４Ｌ／ｍｉｎであり、逆洗浄用に１本、濾液タンク１０に供給されるものが２本の構成にて使用した。

限外濾過フィルター５の分画分子量は、３０，０００とした。

本現像装置による現像プロセスでは、基板２７により持ち出される現像液量を０．４Ｌに設定し、定期的ドレイン量を、基板１シート当り０．６Ｌに設定し、定期的新液供給量を基板１シート当り１Ｌに設定した。

上記条件にて、現像時間を６０秒、そのうち、現像液に超音波振動が加えられる時間を２５秒として、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。

また、現像液の汚れによる異物の再付着の発生は認められず、且つ、現像ユニット２１内がきれいな状態であることも確認された。

以上のように、本実施例に係る現像装置では、３本の限外濾過フィルター５により、汚れのない現像液により効率よく現像処理を行うことが出来たが、超音波振動が加えられない従来の現像装置により同程度の汚れのない現像液を得ようとすると、２６本の限外濾過フィルターが必要であった。

次に、本発明者らは、カラーフィルター製造のための現像処理を行った場合の現像液の被現像基板１枚当たりの現像液の使用量について、超音波振動が加えられない従来の現像装置と、本実施例に係る装置とを比較した実験を行った。その結果を下記表に示す。

上記表１において、ＢＭはブラックマトリクス、Ｒは赤色パターン、Ｇは緑色パターン、Ｂは青色パターン、ＰＳはポストスペーサーの現像液の使用量をそれぞれ示す。

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、本実施例の現像装置では、大幅に減少していることがわかる。この結果から、本実施例の装置により、非常に大きなコスト削減効果が得られることがわかる。

本発明の一実施形態に係る現像装置のフロー図である。 本発明の一実施形態に係る現像装置の現像ユニットを示す断面図である。 従来の方式と本発明の方式の現像液汚染度と時間の相関を示す図である。

符号の説明

１・・・現像部、２・・・現像ユニット、３・・・限外濾過循環タンク、４・・・現像処理液ドレイン管路、５・・・限外濾過フィルター、６・・・限外濾過装置、７・・・限外濾過循環液送液ポンプ、８・・・限外濾過循環液管路、９・・・限外濾過循環液リターン管路、１０・・・限外濾過濾液タンク、１１・・・限外濾過濾液供給管路、１２・・・逆洗浄用タンク、１３・・・逆洗浄液送液ポンプ、１４・・・逆洗浄送液管路、１５・・・限外濾過濾液送液ポンプ、１６・・・限外濾過濾液送液管路、１７・・・三方弁、１８・・・限外濾過循環液定期ドレイン管路、１９・・・現像新液供給管路、２１・・・超音波振動子、２２・・・上部超音波ユニット、２３・・・下部ユニット、２４・・・現像室、２５・・・現像液導入口、２６・・・現像液排出口、２７・・・被現像基板。

Claims (6)

1. 現像ユニット内において現像液を第１の方向に流す手段、被現像体を前記第１の方向とは反対の第２の方向に搬送する手段、及び前記第１の方向に流れる現像液に０．８〜１．２ＭＨｚの周波数の超音波振動を加える手段を備え、前記超音波振動を加えられた前記第１の方向に流れる現像液により前記第２の方向に移動する被現像体の現像処理が行われる現像ユニットと、前記現像に使用された後の現像液を収容し、現像装置が連続稼動時において定期的に現像液の一定量を廃棄する手段を有する限外濾過循環タンクと、前記現像に使用された後の現像液を濾過する限外濾過フィルターを備える限外濾過装置と、前記限外濾過循環タンク内の現像液を前記限外濾過装置に供給する手段と、前記限外濾過装置において前記限外濾過フィルターを透過した濾液を収容し、定期的に一定量の現像新液を取り入れる手段を有する濾液循環タンクと、前記濾液循環タンクから前記現像ユニットへ前記濾液を現像液として戻す手段と、前記限外濾過フィルタを透過した濾液の一部を濾過フィルタの逆洗浄液として貯蔵する逆洗浄用タンクを有し、前記逆洗浄タンクから前記限外濾過フィルタに逆洗浄液を送液して前記限外濾過フィルターを定期的に逆洗浄する手段を具備することを特徴とする現像装置。
2. 前記現像に要する現像液流量と前記限外濾過フィルターを透過した濾液流量とが、[限外濾過フィルターの単位面積あたりの濾液流量×限外濾過フィルター面積×Ａ＝現像に要する現像液流量]の関係を満たし、Ａは０．１〜３０であることを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
3. 前記超音波振動を加えられた現像液が前記被現像体と接触する時間が、全体の現像時間の５％〜７０％であることを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
4. 前記限外濾過フィルターは、５〜３０％の透液率を示すことを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の現像装置を用い、前記現像ユニットにおいて、前記限外濾過フィルターを透過した濾液を用いて、被現像体の現像処理を行う現像方法。
6. 前記被現像体は、基板上に形成され、露光された感光性レジスト膜であることを特徴とする請求項５に記載の現像方法。

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