JP2010145919A - 現像装置および現像方法 - Google Patents

Abstract

【課題】カラーフィルタ製造に用いられる限外濾過ユニットを備えた循環式現像装置であって、連続稼動・運用時の効率的な限外濾過フィルタの逆洗浄が可能で、安定した濾液確保が出来る現像装置を提供し、かつ、限外濾過フィルタの高寿命化が実現できる現像方法を提供する。
【解決手段】（１）現像ユニットと、（２）複数の限外濾過フィルタを使用して現像液を濾過する濾過ユニットと、（３）濾液の濃度を測定し、現像液原液を補充して濃度を調整する現像液濃度調整ユニットと、（４）濃度調整された現像液（濾液）を再度現像に供するため、リザーブタンクに送液し、現像タンクに送液して再利用する手段とを備えた現像液循環ユニットと、から構成される現像液循環方式の現像装置において、濾過ユニットの限外濾過フィルタ毎に、周波数増減で各々の限外濾過フィルタの流量を目標流量に調整する自動流量調整用ポンプを具備する。
【選択図】図２

Description

本発明は、現像装置および現像方法に係り、特に現像液循環方式を用いた、カラーフィルタ製造において、ブラックマトリスク、着色画素などの現像工程で使用される現像装置および現像方法に関する。

カラー液晶表示装置等に用いられるカラーフィルタは、透明ガラス基板を構造的支持体として備え、その画面観察者側の反対側（背面側）は多数の画素領域に区分され、画素領域と画素領域の境界に位置する画素間部位には遮光層（ブラックマトリクス：以下ＢＭと略称する）のパターンが設けられ、画素領域のそれぞれには着色画素が配置されている。着色画素は、画素ごとに透過光を着色するもので、一般に、光の三原色に相当する赤色（Ｒ），緑色（Ｇ），青色（Ｂ）の三色の着色画素を配列している。

カラーフィルタ基板の代表的な製造方法として、感光性樹脂に顔料を分散した色材（レジスト）を用いたフォトリソグラフィー技術が用いられている。一般的な製造工程としては、ガラス基板の投入からはじまり、ＢＭの形成、Ｒ，Ｇ，Ｂ各着色画素の形成へと進むが、各色それぞれの工程において、ガラス基板の事前洗浄、感光性樹脂液の塗布、溶剤の乾燥、プレベーク、パターン露光、現像、ポストベーク、検査が繰り返される。以下、カラーフィルタ製造における従来の現像工程について説明する。

現像工程は、露光後の未硬化レジストの溶解、剥離除去を目的とし、フォトリソグラフィー工程の中でも、形成するパターンの形状を左右する重要な工程である。現像工程で管理される項目としては、現像時間、現像液の温度等があり、現像槽の構成や方式によっても異なるが、全ては使用する現像液の現像力が基準となる。

現像液は無機・有機アルカリ成分から構成されるものが多い。現像液中のアルカリ成分は、感光性樹脂組成物中に含まれる高分子の酸価を有する官能基と反応して、露光工程で未硬化であった感光性樹脂組成物を溶解除去する働きがある。また、現像液はアルカリ成分のほかに、界面活性剤を添加されているものが多い。界面活性剤が添加されることで、感光性樹脂組成物への現像液成分の浸透性を向上させ、これによって現像速度の向上、パターン形状の良化といった効果がある。

従来の現像工程に使用される現像装置において、現像液の使用方法としては、使用した現像液をそのまま廃棄する方法と、使用した現像液を循環させて繰り返し使用する方法がある。

使用した現像液をそのまま廃棄する現像液の使用方法では、液汚染のない現像液（現像新液）を用いるため、現像液濃度が適切に管理されていることで工程管理が容易であり、また、液汚染が無いことで品質不良の発生しにくい方法といえる。しかし、常に現像新液を供給する必要があるため、現像液の使用量は膨大でランニングコストが高いという欠点がある。

一方、使用した現像液を循環させて繰り返し使用する方法は、使用した現像液をそのまま廃棄する方法と比較して低ランニングコストである。しかし、像液を循環させて繰り返し使用することは、現像液中に溶解した感光性樹脂組成物成分が徐々に増加することを意味しており、現像液中の該成分が許容量を越えると製品不良が発生するという問題がある。また、使用した現像液を循環させて繰り返し使用することによって、液成分が減少するという欠点もある。現像液濃度が適切に管理できないことは現像速度などに影響を与えるため、工程管理が困難になる。

更にまた、近年、フォトリソグラフィーの製造ラインは大型化の一途をたどっている。この背景には、特に、大画面液晶テレビの普及に伴うガラス基板の大型化が関係している。例えば、マザーガラスの寸法が第６世代（１５００×１８００ｍｍ）あるいは第８世代（２１６０×２４００ｍｍ）と呼ばれる大型ガラス基板を使用したカラーフィルタ基板が必要とされている。１ｍｍ以下の薄く、かつ一辺が１〜２ｍ以上に達する大型ガラス基板が流れる現像装置の大型化は、ユーティリティー使用量を増大させ、プロセス管理を困難にさせ、装置のメンテナンス性も悪化させている。とりわけ、基板サイズの大型化に伴って、装置も大型化・高価格化し、ランニングコストの削減が求められている。

そこで、特許文献１には、現像に供せられた現像液を、限外濾過（ＵＦ：Ｕｌｔｒａｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ）フィルタにより処理して、濾液を再利用するとともに、濃縮液を循環させることにより、現像液の品質を低下させることなく、ランニングコストを低く抑えることが可能で、且つ、長時間使用時において限界濾過フィルタの目詰まりによる濾液量の低下を防止し、メンテナンス性を容易にした現像装置、現像方法が開示されている。また、特許文献２には、特許文献1と同様な装置を用いて、限外濾過ユニットで得られた濾液のアルカリ成分濃度測定結果と、現像タンク中の溶存感光性樹脂組成物濃度に対する高アルカリ濃度液補充量と、濃度回復量との相関に応じて高アルカリ濃度液補充量を決定する現像液濃度調整方法とそれを用いた現像装置が開示されている。

しかしながら、上述した特許文献１および２の現像装置においても、限外濾過装置使用時に、限外濾過フィルタは、現像液に含まれる顔料成分のＵＦ膜表面への吸着、または透液孔を閉塞により、経時的な濾液流量低下を引き起こす。その対策として、逆洗浄動作と呼ばれる自己洗浄を限外濾過フィルタ毎に定期的に実施しているが、逆洗浄動作は限外濾過フィルタの延命処置の１つの手段であって、最終的には、定期的に限外濾過フィルタの交換を行い、取り外した限外濾過フィルタを現像装置のオフライン装置（外部）にて薬品洗浄して再生処理を実施する必要がある。

また、前述した限界濾過フィルタの目詰まりによる濾液流量の低下は、複数のフィルタ全てが同じ状態で発生する訳ではなく、限外濾過フィルタ毎に流量低下の状態が異なる。この流量差によって、濾液流量不足や、濾液流量のバランスが悪化する問題がある。この流量低下の現象が起きた場合には、現像装置の循環ラインで使用している大、小の循環ポンプへフィードバックを行い、濾液流量不足が発生しないように、ポンプ周波数自動調整によって、設定した濾液流量の確保を行っているが、前述したように限界濾過フィルタ毎に目詰まり状態が異なるため、濾液流量の安定化という観点からは最適な手段とは言えず、限外濾過フィルタの寿命を短くしている問題もあった。逆洗浄動作を適切に実施すれば、孔径につまった微粒子の除去には大変効果があるが、ＵＦ膜自体の寿命としては、膜に高分子の異物が堆積した場合逆洗浄では除去不可能で、再生が必要となる。
ＷＯ２００５／０４０９３０号公報 特開２００７−２４１０７７号公報

本発明は、係る問題点に鑑みてなされたものであり、カラーフィルタ製造に用いられる限外濾過ユニットを備えた循環式現像装置であって、連続稼動・運用時の効率的な限外濾過フィルタの逆洗浄が可能で、安定した濾液確保が出来る現像装置を提供し、かつ、限外
濾過フィルタの高寿命化が実現できる現像方法を提供することを課題としている。

本発明の請求項１に係る発明は、少なくとも、（１）現像処理が行われる現像槽と、現像液を収容する現像タンクと、前記現像タンク内の現像液を前記現像槽に送る手段と、前記現像槽において現像処理に使用された後の現像液を前記現像タンクに戻す手段と、前記現像タンクに貯留された現像液を限外濾過循環タンクに送液する手段とを備えた現像ユニットと（２）複数の限外濾過フィルタを使用して前記現像液循環タンク内の現像液を濾過する手段と、限外濾過フィルタ毎に逆洗浄する手段と、濾液を濾液リザーブタンクに送る手段とを備えた濾過ユニットと、（３）前記濾液リザーブタンクに送液された濾液の濃度を測定する手段と、現像液原液を補充して濃度を調整する手段とを備えた現像液濃度調整ユニットと、（４）濃度調整された現像液（濾液）を再度現像に供するため、原液タンクから調合タンクを通じて現像液（新液）が供給されているリザーブタンクに、前記濾液リザーブタンクから現像液（濾液）を送液する手段と、更に前記現像ユニットの前記現像タンクに送液して再利用する手段とを備えた現像液循環ユニットと、から構成される現像液循環方式を用いたカラーフィルタ製造の現像工程で使用される現像装置において、前記濾過ユニットの前記限外濾過フィルタ毎に、周波数増減で各々の限外濾過フィルタの流量を目標流量に調整する自動流量調整用ポンプを具備することを特徴とする現像装置である。

また、本発明の請求項２に係る発明は、前記自動流量調整用ポンプの周波数増減幅を、それぞれの前記限外濾過フィルタのモジュールの逆洗浄動作時の動作時間及び動作方法へフィードバック可能としたことを特徴とする請求項１に記載する現像装置である。

次に、本発明の請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載する現像装置を用い、前記現像槽において、前記現像タンクから送られた現像液（新液＋濾液）を用いて、被現像体の現像処理を行うことを特徴とする現像方法である。

本発明の現像装置によれば、濾過ユニットの複数の限外濾過フィルタ毎に、自動流用調整用ポンプを設け、且つ、該自動流用調整用ポンプの周波数増減幅を、それぞれの限外濾過フィルタの逆洗浄動作時の動作時間及び動作方法へフィードバック可能としている。限外濾過フィルタ毎にそれぞれフィードバック機能を有するポンプを有することにより、限外濾過フィルタ毎の状態に左右されずに濾液流量が安定的に確保できる。また、各ポンプの周波数増減を限外濾過フィルタ毎の逆洗浄動作時間及び動作方法へフィードバック可能とすることにより、膜閉塞が進行している限外濾過フィルタについては洗浄時間を長くし、逆にリーク傾向にある限外濾過フィルタに関しては逆洗浄時間を短くする等のフィルタ状態に合わせた逆洗浄が実施できることにより、限外濾過フィルタの高寿命化が期待できる。併せて、従来実施していた限外濾過フィルタの交換作業と、オフライン装置での薬品洗浄処理を減らすことができるため、作業時間および作業負荷が低減できる。

以下、本発明の現像装置および現像方法について、一実施形態に基づいて説明する。

図１は、本発明の現像装置の一実施形態の全体構成を説明する概略フロー図である。炭酸ナトリウム（Ｎａ₂ＣＯ₃）を現像液主成分とする現像新液は、現像新液供給管路３を通して現像タンク４に供給される。現像はクリーンルーム内のクローズ化された状態で、現像タンク４から送液経路２５を通して現像液吐出機構１から現像液を吐出し、現像槽２で、対象とするアクリル樹脂系感光性樹脂が塗布・パターン露光された被現像ガラス基板に対して実施する。図１中、現像液吐出機構１をシャワーリング工程としているが、この方法に限定されるものではない。現像処理後の現像液は、現像液リターン経路２４を経て現像タンク４中に貯留された後、送液経路５によって限外濾過循環タンク６に運ばれる。現像を繰り返すことで現像タンク４内の感光性樹脂組成物濃度が増加し続けることを防ぐため、ドレイン経路７を用いて一定量の現像液をドレインし、減少した分はリザーブタンク４０から現像タンク４へ現像新液供給管路３を通して新液が補充される。

限外濾過循環タンク６の現像液は、送液経路８を経て、本実施例では各々に自動流量調整用ポンプ１０（個々は図示せず）を備えた５本の限外濾過フィルタを備え、かつ、各限外濾過フィルタを逆洗浄するための逆洗浄タンク１３等の逆洗浄手段を含む濾過ユニット９に送られ、限外濾過を行う。その後、限外濾過フィルタを透過した濾液は送液経路１１により濾液リザーブタンク１２に送液され、限外濾過フィルタを透過しない成分が増加した残りの濃縮液は限外濾過フィルタ濃縮液循環管路２１を通って限外濾過循環タンク６に戻される。本発明の現像装置ではこの濾過ユニット９の限外濾過フィルタ毎に、自動流量調整用ポンプ１０が設置されており、周波数増減により各々の限外濾過フィルタの流量を目標流量に調整でき、濾液流量の安定的な確保ができる。

ここで、限外濾過フィルタは、現像液の汚染度や溶解している感光性樹脂組成物の種類によって最適な濾過精度のものを選定する。限外濾過フィルタの分画分子量は、循環流量、必要な濾液量等の運用条件の影響を考慮し、かつ現像に有効なアルカリ成分と界面活性剤をトラップしないことが必要であり、本実施形態では、分画分子量１０００〜粒径１０μｍの範囲の限外濾過フィルタを対象としている。濾過精度が分画分子量１０００より小さい限外濾過フィルタの場合、溶解イオンの透過も阻止してしまうため、現像液そのものの特すら失う恐れがあり、逆に濾過精度が１０μｍを超える限外濾過フィルタの場合は、汚染物質をトラップすることができず、濾液のクリーン度が落ちる。

濾過ユニット９の使用時に、各々の限外濾過フィルタの閉塞を防ぐことを目的として、逆洗浄動作が実施される。逆洗浄動作は、専用の逆洗浄タンク１３を使用し、逆洗浄に使用する液は、限外濾過フィルタを使用して限外濾過循環タンク６内の現像液を濾過して出来た濾液を使用する。この濾液を、限外濾過フィルタの外側から内側に流すことによって、限外濾過フィルタの限外濾過膜に付着した物質を中空部に流して限外濾過フィルタの閉塞を防いでいる。本発明の現像装置では、各限外濾過フィルタに備えられた自動流量調整用ポンプの周波数増減幅を、それぞれの限外濾過フィルタの逆洗浄動作時の動作時間及び動作方法へフィードバックして、それぞれの限外濾過フィルタの目詰まり状態に合わせて最適な逆洗浄動作が実施される。

次に、濾液リザーブタンク１２に送液された濾液の現像主成分（Ｎａ₂ＣＯ₃）濃度を測定し、一定の濃度となるように現像液原液を補充して、濃度調整された現像液（濾液）は送液経路２２を通してクリーンルーム内のリザーブタンク４０へ送られることで、現像液は循環することになる。なお、リザーブタンク４０には原液タンク４２から調合タンク４１を通じて現像液（新液）が供給されており、現像液濃度が一定となるよう測定監視されている。ちなみに、本実施例において炭酸ナトリウム濃度は１．５ｋｇ／ｍ³の一定としている。

図２は、濾過ユニットの動作による濾液流量を説明する概略図で、（ａ）は、従来の、循環送液経路８で使用している循環ポンプへフィードバックを行い、ポンプ周波数自動調整にて設定した濾液流量確保を行い濾液流量不足が発生しない様にしている状態を示し、（ｂ）は、本発明の、濾過ユニットの限外濾過フィルタ毎に設置された自動流量調整用ポンプで、各々の周波数増減で各々の限外濾過フィルタの流量を目標流量に調整している状態を示す。

濾過ユニットの運転条件として、濾液流量を仮に、ＵＦ−１：１×１０^-3ｍ³／ｍｉｎ
、ＵＦ−２：５×１０^-3ｍ³／ｍｉｎ、ＵＦ−３：１０×１０^-3ｍ³／ｍｉｎ、ＵＦ−４：１５×１０^-3ｍ³／ｍｉｎ、ＵＦ−５：３０×１０^-3ｍ³／ｍｉｎとし、限外濾過フィルタ一本当りの理想の濾液流量を１０×１０^-3ｍ³／ｍｉｎ、濾過ユニット全体の濾液流量の目標（設定）値を５０×１０^-3ｍ³／ｍｉｎとする。図２（ａ）に示す従来の濾過ユニットでは、既に濾液流量合計が６１×１０^-3ｍ³／ｍｉｎとなり、自動フィードバック制御により、循環送液経路で使用している循環ポンプの周波数は減少していく。ここで、循環ポンプの周波数増減が全ての限外濾過フィルタの流量増減に影響するため、濾過ユニット全体の濾液流量が目標値に達した時には、ＵＦ−１、ＵＦ−２は濾液流量がまったく出ない状況になってしまう。

それに対して、図２（ｂ）に示した本発明の濾過ユニットでは、限外濾過フィルタ毎にそれぞれ自動流量調整用ポンプを有しているために、上記と同様の流量値とした場合には、ＵＦ−１、ＵＦ−２のポンプでは周波数が増加し、ＵＦ−３のポンプでは周波数の変更はなく、ＵＦ−４、ＵＦ−５では周波数が減少して、各限外濾過フィルタの流量が１０×１０^-3ｍ³／ｍｉｎになるように流量を調整する。その結果、濾過ユニット全体として安定した濾液流量が確保出来る。

また、各ポンプの周波数増減幅を各限外濾過フィルタの逆洗浄動作にフィードバックすることにより、上記したＵＦ−１、ＵＦ−２の様に閉塞気味の限外濾過フィルタには逆洗浄時間を長くし、上記したＵＦ−４、ＵＦ−５の様にリーク傾向にある限外濾過フィルタには逆洗浄時間を短くする。このように、各限外濾過フィルタの状態に合わせた逆洗浄動作が可能となることで、限外濾過フィルタの高寿命化につながる。

本発明の現像装置の一実施形態の全体構成を説明する概略フロー図。 従来及び本発明の現像装置の濾過ユニットの動作による濾液流量を説明する概略図。

符号の説明

１・・・現像液吐出機構 ２・・・現像槽 ３・・・現像新液供給管路
４・・・現像タンク ５・・・送液経路 ６・・・限外濾過循環タンク
７・・・ドレイン経路 ８・・・送液経路 ９・・・濾過ユニット
１０・・・自動流量調整用ポンプ（限外濾過フィルタ毎）
１１・・・送液経路 １２・・・濾液リザーブタンク
１３・・・逆洗浄タンク ２１・・・限外濾過フィルタ濃縮液循環管路
２２・・・送液経路 ２４・・・現像液リターン経路 ２５・・・送液経路
４０・・・リザーブタンク ４１・・・調合タンク ４２・・・原液タンク

Claims (3)

1. 少なくとも、
   （１）現像処理が行われる現像槽と、現像液を収容する現像タンクと、前記現像タンク内の現像液を前記現像槽に送る手段と、前記現像槽において現像処理に使用された後の現像液を前記現像タンクに戻す手段と、前記現像タンクに貯留された現像液を限外濾過循環タンクに送液する手段とを備えた現像ユニットと
   （２）複数の限外濾過フィルタを使用して前記現像液循環タンク内の現像液を濾過する手段と、限外濾過フィルタ毎に逆洗浄する手段と、濾液を濾液リザーブタンクに送る手段とを備えた濾過ユニットと、
   （３）前記濾液リザーブタンクに送液された濾液の濃度を測定する手段と、現像液原液を補充して濃度を調整する手段とを備えた現像液濃度調整ユニットと、
   （４）濃度調整された現像液（濾液）を再度現像に供するため、原液タンクから調合タンクを通じて現像液（新液）が供給されているリザーブタンクに、前記濾液リザーブタンクから現像液（濾液）を送液する手段と、更に前記現像ユニットの前記現像タンクに送液して再利用する手段とを備えた現像液循環ユニットと、
   から構成される現像液循環方式を用いたカラーフィルタ製造の現像工程で使用される現像装置において、
   前記濾過ユニットの前記限外濾過フィルタのモジュール毎に、周波数増減で各々の限外濾過フィルタの流量を目標流量に調整する自動流量調整用ポンプを具備することを特徴とする現像装置。
2. 前記自動流量調整用ポンプの周波数増減幅を、それぞれの前記限外濾過フィルタのモジュールの逆洗浄動作時の動作時間及び動作方法へフィードバック可能としたことを特徴とする請求項１に記載する現像装置。
3. 請求項１又は２に記載する現像装置を用い、前記現像槽において、前記現像タンクから送られた現像液（新液＋濾液）を用いて、被現像体の現像処理を行うことを特徴とする現像方法。

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