JP4876615B2

JP4876615B2 - カラーフィルターの製造方法

Info

Publication number: JP4876615B2
Application number: JP2006040430A
Authority: JP
Inventors: 孝二今吉
Original assignee: Toppan Inc
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2006-02-17
Filing date: 2006-02-17
Publication date: 2012-02-15
Anticipated expiration: 2026-02-17
Also published as: JP2007219212A

Description

本発明は現像方法に関する。例えば感光性樹脂版の製造やフォトリソグラフィーを用いる素子の製造に適用することができる。フォトリソグラフィーを用いる素子として、カラーフィルター、有機エレクトロルミネッセンス、回路基板、電子ペーパー、バイオチップ等を挙げることができる。本発明に係る現像方法は、特にレジスト残渣やフリンジ残りが少ないパタン形状の良好なカラーフィルターの製造方法に適する。

近年、フラットパネルディスプレイとして、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）が注目されており、その薄型、軽量、小消費電力、フリッカーレスといった特徴から、ノート型のパーソナルコンピューター（ＰＣ）、ＰＣ用のモニターを中心に市場が急速に拡大した。また。最近は、従来からＣＲＴが主流であったＴＶ向けにも大型のＬＣＤが利用されるようになってきた。液晶用のカラーフィルターは、一般的に赤・緑・青の３色、及びこれに黒を加えた４色の感光性顔料分散レジストを、各々基板上に形成する工程、パタン露光する工程、現像により不要部分を除去する工程を経て形成される。一般に感光性顔料分散レジストは、粒子径０．１μｍ以下の顔料が分散されている為、パタンの端部に残渣やフリンジが残り、シャープなパタン形状が得られないという問題があった。残渣とは現像後に本来除去されるべき部分の感光性顔料分散レジストが、下地と密着し、薄い粒子の膜として残る現象である。フリンジとは、現像後に本来除去されるべき部分の感光性顔料分散レジストが、所望のパタンの端部に裾野状に感光性顔料分散レジストが残る現象である。
残渣やフリンジの除去方法として、現像後、粒径３０〜４０μｍ、流速約４０ｍ／ｓｅｃ程度のスプレーを吐出可能な高圧スプレーを１列に配置して洗浄処理する方法が取られている。しかし、この方法では基板の面内で除去性にバラツキがあり、線巾のバラツキがムラとなって見える現象があった（特許文献１参照）。

液晶表示装置はバックライトによる透過光によりカラーフィルターを通して得られた光により画像表示を行うため、パタン寸法の変動は表示品位の低下に繋がる。そのため、感光性顔料分散レジスト材料の解像性の向上に加え、残渣・フリンジの確実な除去が求められている。
ところで、カラーフィルターに感光性樹脂を塗布、露光した後現像する際、基板上に滞留する現像液の量が増え、基板上の一部において現像液を噴射する圧力が弱くなり、残渣の除去効率が低下する問題があった。この対策として、現像時基板の搬送面に傾斜を持たせ現像液の置換性を改善する方法が知られている（特許文献２参照）。
しかし、近年カラーフィルターの高精細化が進んでおり、カラーパタンやブラックマトリクスパタンが細線化している。パタンの微細化により現像処理や洗浄処理の際にパタンが剥離しやすくなる。パタン剥離を抑制するため、感光性樹脂材料の密着性を向上させることが知られている。しかし、感光性樹脂材料の密着性を向上させると発生した残渣やフリンジが洗浄されにくくなる。基板を傾斜されるなど上記従来の方法では、現像時のフリンジや残渣の問題を十分に解決することができなかった。しかし、スプレー圧を増強しフリンジや残渣の除去を徹底しようとすると微細なパタンの剥離の問題が生じた。このため、上記従来の方法では微細なパタンを形成するに際して、残渣やフリンジを十分に除去するという要請に対応することが困難となっていた。
特願２００３−５７０３９６特開２００３−２１５８１３

本発明は上記問題点になされたもので、その目的とするところは、カラーフィルターの製造方法において、現像処理の後に行う洗浄工程において、基板上に残存するパタンの残渣及びフリンジを十分に除去する方法を提供することである。

本発明において上記の問題を解決するためになされたものであり、下記の発明により構成される。

（請求項１）
基板上に感光性樹脂層を形成する工程、パタン露光する工程、現像により不要部分を除去する工程と、現像後の基板を洗浄液で洗浄する工程とを含むカラーフィルターの製造方法において、前記現像後の基板を洗浄液で洗浄する工程を、この基板を少なくとも第１の洗浄ユニットと第２の洗浄ユニットをこの順に通過させることにより行い、第１の洗浄ユニットは粒子状の洗浄液をノズルから吐出し、第２の洗浄ユニットは粒子状の洗浄液をノズルから吐出し、前記第１の洗浄ユニットから吐出される粒子状の洗浄液の粒径分布が１０〜５０μｍ、かつ前記第１の洗浄ユニットから吐出される粒子状の洗浄液の流速が６０ｍ〜１１０ｍ／ｓｅｃであり、前記第２の洗浄ユニットから吐出される粒子状の洗浄液の粒径分布が６０〜１００μｍ、かつ前記第２の洗浄ユニットから吐出される粒子状の洗浄液の流速が２０〜５０ｍ／ｓｅｃであることを特徴とするカラーフィルターの製造方法。

（請求項２）
前記基板が第１の洗浄ユニットのノズルと前記第２の洗浄ユニットのノズルが、前記基板の搬送方向に対し千鳥状に交互に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のカラーフィルターの製造方法。

本発明により、カラーフィルターの製造方法の現像処理後の洗浄工程において、基板上に残存するパタンの残渣及びフリンジを十分に除去する方法を提供することができた。
これにより、高品位の画像表示が可能な液晶カラーフィルターを容易に生産することが可能となる。

本発明の第１の例は基板上に感光性樹脂層を形成する工程、パタン露光する工程、現像により不要部分を除去する工程と、現像後の基板を洗浄液で洗浄する工程とを含むカラーフィルターの製造方法において、前記現像後の基板を洗浄液で洗浄する工程を、この基板を少なくとも第１の洗浄ユニットと第２の洗浄ユニットをこの順に通過させることにより行い、この基板が第１の洗浄ユニットは粒子状の洗浄液をノズルから吐出し、この基板が第２の洗浄ユニットは粒子状の洗浄液をノズルから吐出し、前記第１の洗浄ユニットから吐出される粒子状の洗浄液の粒径分布が、前記第２の洗浄ユニットから吐出される粒子状の洗浄液の粒径分布よりも小さく、前記第１の洗浄ユニットから吐出される粒子状の洗浄液の流速が、前記第２の洗浄ユニットから吐出される粒子状の洗浄液の流速よりも早いことを特徴とするカラーフィルターの製造方法である。
これはフリンジ除去に特に適した洗浄ユニットとして第１の洗浄ユニットを設け、また残渣除去に特に適した洗浄ユニットとして第２のユニットを設けたものである。

一般的に洗浄液の洗浄性は洗浄液粒子の物理的な打撃力により決定される。物理的な打撃力は粒子の重量と粒子速度の二乗の積で近似され、粒径の低下に伴い打撃力も低下する。
通常の洗浄用ノズルから得られる洗浄液の粒径は５００μｍで、流速は１０ｍ／ｓｅｃ程度である。このような通常の洗浄液は、その粒径が被洗浄物であるフリンジや残渣に対して過度に大きすぎるため、洗浄液粒子の衝突による除去効果が有効に得られない。
また、開口部を形成した際の現像後の残渣やフリンジを効果的に除去するには、開口部より小さい粒径の洗浄水を使用するのが望ましい。カラーフィルターで形成されるパタンの開口部は数百から数十μｍ程度であることを考慮すると、粒径は１００μｍ以下であることが望ましい。但し、粒径が小さすぎると水粒子の重量が軽くなり基板に対する衝突力が低下するので、最低でも１０μｍ以上であることが望ましい。

また、本発明者らはフリンジが低粒径領域の１０μｍ〜６０μｍの洗浄液の粒子を比較的高い粒速で基板に吐出する事により有効に除去することができることを見出した。この理由として、フリンジはパタン端部に廂状にレジストが残った状態であり、本発明の範囲の中で粒子径の小さい洗浄液を加速してぶつける事で、抑えた衝突力をもって廂部を除去する際、パタンに端部を剥離することなく除去が可能な為と考えられる。また、この際の洗浄液の流速は５０ｍ〜１１０ｍ／ｓｅｃとすることが好ましい。５０ｍ／ｓｅｃ以下だと粒子径が小さい為最適な衝突力が得られないからであり、１１０ｍ／ｓｅｃ以上だと、細線やパタンのエッジが剥離する問題が生じる。
また同時に、４０μｍ〜１００μｍの洗浄液の粒子を低い流速で吐出する事により残渣を有効に除去する事ができることを見出した。この理由として、残渣はパタン端部に溶解せずに残った樹脂成分や粒子が架橋して残った状態であり、本発明の範囲の中で粒子径の大きい洗浄液を加速してぶつける事で高い衝突力をもって残渣部に衝突し、パタンにダメージを与えず残渣の除去が可能となる為と考えられる。また、この際の洗浄液の流速は２０ｍ〜６０ｍ／ｓｅｃとすることが好ましい。２０ｍ／ｓｅｃ以下だと洗浄効果が十分でなく、６０ｍ／ｓｅｃ以上だと粒子径が大きい為最適な衝突力が得られない(上記粒径分布を持つ場合、流速分布が速い方向にシフトする。

このような知見を基に本発明者らは本発明の第２の例に想到した。すなわち、現像後の洗浄工程において、第１の洗浄ユニットと第２の洗浄ユニットを設け、第１の洗浄ユニットから吐出される粒子状の洗浄液の粒径分布を１０〜６０μｍとし、かつ第１の洗浄ユニットから吐出される粒子状の洗浄液の流速が５０ｍ〜１１０ｍ／ｓｅｃとする洗浄工程を含むカラーフィルターの製造方法に想到した。

また本発明者らが想到した第３の発明の例は、すなわち、現像後の洗浄工程において、第１の洗浄ユニットと第２の洗浄ユニットを設け、第２の洗浄ユニットから吐出される粒子状の洗浄液の粒径分布を４０〜１００μｍとし、かつ第１の洗浄ユニットから吐出される粒子状の洗浄液の流速が２０ｍ〜６０ｍ／ｓｅｃとする洗浄工程を含むカラーフィルターの製造方法である。

洗浄ユニットは単一又は複数のノズルを備え、ノズルから基板に対し洗浄液を噴射するものである。洗浄液として例えば水を挙げることができる。
上記洗浄ユニットとして、例えばポンプにより水を圧送する高圧１流体ノズル、水と気体を混合し加圧水として噴霧する高圧２流体ノズルが使用可能である。洗浄ユニットから吐出される粒子状の洗浄液の流速分布及び流速を調節する具体的な方法として、ノズルユニットの選定や、水と気体の混合比、各々の流量の調整により対応する事ができる。
また、本発明においては、複数の洗浄ユニットを配置する際に洗浄ユニットのノズルが隣合う洗浄ユニットのノズルに対して千鳥状に配置されることが望ましい。例えば第１の洗浄ユニットのノズルと第２の洗浄ユニットのノズルが、前記基板の搬送方向に対し千鳥状に交互に配置されるように、第１の洗浄ユニットと第２の洗浄ユニットを設置することが望ましい。ノズルが千鳥状に配置されることにより洗浄液が均一に到達するので、パタンの残渣及びフリンジの除去ムラなどが発生しにくくなるためである。

下表に洗浄ユニットから吐出される洗浄液の粒径と流速（粒子速度）と残渣除去性の関係をまとめた。

カラーフィルターをパタニングする際、残渣やフリンジの除去の変動による０．４μｍ程度の連続的な線幅の変化がムラとして視認される。洗浄液の噴霧は基板の搬送方向に対する幅方向に対して均一である必要がある。シャワーノズル単体の幅方向の圧力分布はノズル先端の形状により有効幅内の圧力を１０％以下に制御することが可能である。またノズル１つで約１０ｃｍの幅を処理できるため基板の幅方向を補う為に複数個のノズルを配置して対応しており、近接するノズルから吐出されるシャワーのオーバーラップ部の圧力はノズルの傾きやノズル単体毎の圧力分布を調整することで制御できる。オーバーラップ部の圧力分布はオーバーラップしない部分の＋１０％以上に高くなった場合、−１０％以下に低くなった場合、線幅の変動に起因する外観検査にて視認できるムラが発生した。
つまり請求項４はこの洗浄ユニットＡおよびＢにおいて、近接するノズルから吐出される洗浄液の吐出のオーバーラップ部の圧力分布に係るもので、近接するノズルから吐出される洗浄液のオーバーラップする部分の圧力分布を、オーバーラップしない部分の１０％以下に抑える。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。
図１に本発明の、現像装置及び洗浄装置の構成を示す。投入側から現像槽、通常のシャワー方式の洗浄リンス槽、本発明の洗浄ユニット、仕上げの為の通常のシャワー方式の洗浄リンス槽、乾燥槽と配置されている。図２に従来の洗浄シャワーにおける処理と、それを用いて洗浄した際の洗浄ムラの説明図を示す。基板に対してシャワーの重なり部の筋状のムラ、ノズルの吐出流量変動に伴うシャワーの斜め方向のムラとして視認される。
図３に本発明の洗浄ユニットから吐出された、シャワーの２次元的な分布のイメージ図、その搬送方向に対し幅方向の液吐出量の分布の説明図を示す。本発明はシャワーを楕円状に広げる事で、隣接するノズルからのシャワーの重なり部の圧力分布のバラツキを１０％以下に制御している。従来法は、１つのノズル吐出分布をフラットにする方策を取っているが、近接するノズルとの重なり部での吐出量が増加していた。以下実施例により本発明を詳細に説明する。

（実施例１）
透明基板として、低膨張硝子基板コーニング社製１７３７を使用した。
（ａ）この硝子上に遮光用ネガ形感光性レジストを１．５μｍのスピンレスコーターにて塗布形成し、超高圧水銀灯によりパタン幅１０μｍ、開口部１００μｍのストライプパタンを持つフォトマスクを介して約１００ｍＪ／ｃｍ^２の露光を行った。
（ｂ）次に、本発明の現像装置に上記基板を投入した。現像槽はアルカリ現像液をシャワー状にして基板上方から噴霧し、未露光部の感光性レジスト部分を溶解・除去した。
次にリンス槽で純水によるシャワー洗浄を行い、現像液の除去及び現像反応の停止を行った。
（ｃ）次に、高圧２流体ノズルを２本配置したシャワー槽にて、エアーと純水を混合し、洗浄ユニットＡは粒径５０μｍ、流速６０ｍ／ｓｅｃに調整した洗浄水を噴霧し、洗浄ユニットＢは粒径６０μｍ、流速５０ｍ／ｓｅｃに調整した洗浄水を噴霧し、パタン部周辺に残ったフリンジと残渣除去を行った。
（ｄ）次に、リンス槽で純水によるシャワー洗浄を行い、基板より剥離された残渣の除去洗浄を行った後、エアーナイフによるドライ乾燥を行い、遮光パタンを形成した基板を作製した。こうして得られた遮光パタンは、パタン寸法１０μｍの準テーパー形状で残渣部の線幅の面内で０．２μｍ以下で制御できた。カラーフィルターの検査工程で実施される白色透過光によるムラ検査にて図２に示す洗浄シャワーによる洗浄ムラの無いカラーフィルター基板を得ることができた。

（実施例２）
洗浄ユニットＡから粒径３０μｍ、流速１００ｍ／ｓｅｃに調整した洗浄水を噴霧し、洗浄ユニットＢから粒径８０μｍ、流速３０ｍ／ｓｅｃに調整した洗浄水を噴霧した以外は実施例１と同様にカラーフィルター基板を露光、現像、洗浄した。その結果、得られた遮光パタンは、パタン寸法１０μｍの準テーパー形状で残渣部の線幅の面内バラツキを０．２μｍ以下で制御できた。カラーフィルターの検査工程で実施される白色透過光によるムラ検査にて図２に示す洗浄シャワーによる洗浄ムラの無いカラーフィルター基板を得ることができた。

（比較例１）
洗浄ユニットＡ、Ｂから粒径５００μｍ、流速１０ｍ／ｓｅｃに調整した洗浄水を噴霧する以外は実施例１と同様にカラーフィルター基板を露光、現像、洗浄した。その結果、フリンジ、残渣が残り、寸法１０μｍのパタンにおいて残渣の幅の面内バラツキが３μｍ程度と良好なパタン形状が得られなかった。

（比較例２）
洗浄ユニットＡから粒径１０μｍ、流速４０ｍ／ｓｅｃに調整した洗浄水を噴霧し、洗浄ユニットＢから粒径１１０μｍ、流速１００ｍ／ｓｅｃに調整した洗浄水を噴霧した以外は実施例１と同様にカラーフィルター基板を露光、現像、洗浄した。その結果、寸法
１０μｍのパタンにおいてフリンジと共にラインパタンのエッジが剥離し、なおかつ残渣が除去しきらず残り良好なパタン形状が得られなかった。

本発明の現像装置の構成を示す説明図である。従来製法にて問題となる洗浄ムラを示した説明図である。本発明の洗浄ユニット及び吐出されたシャワー分布の説明図である。

符号の説明

１１現像槽
１２洗浄リンス槽
１３洗浄ユニット槽
１４洗浄リンス槽
１５乾燥槽
２１洗浄シャワー吐出分布
２２洗浄ムラ
２３基板
３１洗浄シャワー吐出分布
３２洗浄シャワー吐出量分布

Claims

基板上に感光性樹脂層を形成する工程、パタン露光する工程、現像により不要部分を除去する工程と、現像後の基板を洗浄液で洗浄する工程とを含むカラーフィルターの製造方法において、
前記現像後の基板を洗浄液で洗浄する工程を、この基板を少なくとも第１の洗浄ユニットと第２の洗浄ユニットをこの順に通過させることにより行い、第１の洗浄ユニットは粒子状の洗浄液をノズルから吐出し、第２の洗浄ユニットは粒子状の洗浄液をノズルから吐出し、
前記第１の洗浄ユニットから吐出される粒子状の洗浄液の粒径分布が１０〜５０μｍ、かつ前記第１の洗浄ユニットから吐出される粒子状の洗浄液の流速が６０ｍ〜１１０ｍ／ｓｅｃであり、
前記第２の洗浄ユニットから吐出される粒子状の洗浄液の粒径分布が６０〜１００μｍ、かつ前記第２の洗浄ユニットから吐出される粒子状の洗浄液の流速が２０〜５０ｍ／ｓｅｃであることを特徴とするカラーフィルターの製造方法。
前記基板が第１の洗浄ユニットのノズルと前記第２の洗浄ユニットのノズルが、前記基板の搬送方向に対し千鳥状に交互に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のカラーフィルターの製造方法。