JP2000241623A

JP2000241623A - 樹脂組成物層の乾燥方法、この乾燥方法を用いたカラーフィルタ基板の製造方法および液晶表示素子

Info

Publication number: JP2000241623A
Application number: JP11366751A
Authority: JP
Inventors: Junichi Sakamoto; 淳一坂本; Masanori Sudo; 正法須藤; Kenitsu Iwata; 研逸岩田; Nagato Osano; 永人小佐野
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1998-12-25
Filing date: 1999-12-24
Publication date: 2000-09-08

Abstract

(57)【要約】【課題】表面に異物、ピンホールおよび材料凝集等の
欠陥がなく、プロセス滞留時間が長くても現像特性の優
意な劣化がない樹脂組成物を形成する。【解決手段】基板上に樹脂組成物を塗布、乾燥する樹
脂組成物層の乾燥方法において、前記乾燥方法が真空乾
燥であり、その時の乾燥条件が真空乾燥１００Ｔｏｒｒ
までは６秒以上をかけて排気する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、真空乾燥を用いた
樹脂組成物層の乾燥方法、この乾燥方法を用いたカラー
フィルタ基板の製造方法および液晶表示素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶ディスプレイ用やビデオカメラ用の
カラーフィルタにおいて、その高コントラスト化および
高精彩化のためにブラックマトリクスを形成すること
は、今や必須となっている。ブラックストリックスを形
成する方法は、クロムなどの金属膜を用いる方法と、黒
色樹脂を用いる方法の二つに大別できる。

【０００３】金属膜を用いる場合、赤（Ｒ）、緑
（Ｇ）、および青（Ｂ）の各色の画素形成に先立ち、透
明基板上にスパッタリングによりクロムなどの金属膜を
設け、その後フォトリソグラフィ工程およびエッチング
工程を経て、ブラックマトリクスの形成を行なう方式が
一般的である。しかしこの方法は、真空成膜設備を要
し、また工程数が多いため、製造コストが高くなる。さ
らには、最終的にディスプレイなどとしたときに、金属
膜特有の反射のため、画面が見にくくなるという欠点を
有する。

【０００４】黒色樹脂を用いる方法においては、黒色の
感光性樹脂によるブラックマトリクスを予めフォトリソ
グラフィにより形成し、このブラックマトリクス間に、
赤、緑および青の各画素を順次フォトリソグラフィによ
り形成していく方法が最も一般的である。

【０００５】また、特開平９−１３３８０７号には、予
め赤、緑および青の各画素が形成された透明基材上に、
カチオン重合性化合物、黒色顔料、光酸発生剤、および
溶剤を含む黒色レジストを、赤、緑および青の各画素間
の隙間が全て埋まるように全面塗布して、乾燥し、次に
前記基材の非塗布面（透明基材面）より紫外光を露光
し、露光後熱硬化および現像を行なうことにより、赤、
緑および青の各画素間に遮光層（ブラックマトリクス）
を形成させる方法が提案されている。

【０００６】しかしながら、この方法においては、黒色
レジストの塗布終了後、ホットプレートやオーブンなど
を用い、塗布された基材を５０〜１００℃で１〜１０分
間加熱（プリベーク）することにより、残存溶剤を除去
し、乾燥する。このため、レジストの反応が開始されて
しまい、数時間で現像特性が劣化してしまうという問題
があった。

【０００７】一方、特開平６−９７０６１号には、塗布
および加熱乾燥（プリベーク）工程を経て形成されたレ
ジスト膜上に水溶性の反射防止膜材料を塗布して水分を
含有した干渉防止塗膜を形成し、この干渉防止塗膜を真
空乾燥して反射防止膜を形成する方法が記載されてい
る。この方法では、溶媒が水であるため、乾燥に０．０
１Ｔｏｒｒという高真空とその高真空下での処理時間が
１２０ｓｅｃという長時間を要する。また、０．０１Ｔ
ｏｒｒの真空度を得るには、ポンプ系が高価になってし
まう。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明者らは、レジス
トを乾燥する際におけるこのような真空乾燥法の適用の
可能性について検討したところ、従来の真空乾燥装置を
用いて通常の運転条件で真空度を１Ｔｏｒｒとしてレジ
ストの乾燥を行なった場合、表面に異物、ピンホールお
よび材料凝集等の欠陥が発生する等、顔料分散レジスト
特有の問題が発生することが判明した。

【０００９】本発明は、上記の問題点を解決するために
なされたもので、表面に異物、ピンホールおよび材料凝
集等の欠陥がなく、時間経過に伴う現像特性の劣化が少
ない樹脂層を形成することができる樹脂組成物層の乾燥
方法を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め本発明では、基板上に樹脂を塗布し、乾燥する樹脂組
成物層の乾燥方法において、前記乾燥する方法が真空乾
燥であり、その時の乾燥条件が真空度１００Ｔｏｒｒま
で６秒以上の時間をかけて排気することを特徴とする。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の樹脂組成物層の乾燥方法
は、樹脂組成物層を真空雰囲気において乾燥を行う真空
乾燥方法である。

【００１２】図１に示すように、基板上に形成された樹
脂組成物層１０１はチャンバー１０２内に置かれ、真空
ポンプ１０３によりチャンバー１０２内を真空にするこ
とにより乾燥が行なわれる。この際、ポンプ１０３とチ
ャンバー１０２との間に設けられたバルブ１０４により
ポンプ１０３の排気制御を行う。本発明の乾燥方法で
は、真空度１００Ｔｏｒｒまで６秒以上の時間をかけて
排気を行い、その後は速やかに排気を行う。

【００１３】このようにすることにより、樹脂組成物層
表面にピンホールが発生したり材料が凝集したりするこ
とがない。また、樹脂組成物が感光性樹脂組成物の場合
には、感光性樹脂組成物を真空乾燥してから露光するま
での滞留時間が長くても良好にパターニングをすること
が可能である。

【００１４】例えば、８０℃で１８０ｓｅｃ加熱乾燥し
た感光性樹脂組成物層は、４時間でパターニングできな
くなるが、本発明の乾燥方法によれば２４０時間経過後
でもパターニング可能である。

【００１５】さらに、本発明によるとパターニング性が
向上すると共に、残渣が低下する。すなわち、熱を与え
ないため樹脂層の溶解性が高く、パターニング性が向上
する。また、同じ理由で現像後の画素部の樹脂残渣が低
減する。

【００１６】本発明の乾燥方法は、真空度１００Ｔｏｒ
ｒまで６秒以上の時間をかけて排気し、次いで真空度１
Ｔｏｒｒ以下まで速やかに排気し、その真空度１Ｔｏｒ
ｒ以下の条件で前記塗布基板をさらに１５〜５０秒間乾
燥させることが好ましい。

【００１７】バルブ１０４としては、バタフランバルブ
やニードルバルブ等の流量可変型のバルブが好ましく用
いられる。流量可変型のバルブは、タイマーによって、
あるいは圧力計の信号をフィードバックしてバルブ開度
を調節するとよい。

【００１８】図２に示す真空装置は、流量可変型のバル
ブを用いずに複数のバルブ１４１、１４２および１４３
を用いて、排気量制御するものである。すなわち、ポン
プ１０３とチャンバー１０２とを複数の配管で連結し、
それぞれの配管にバルブ１４１、１４２および１４３を
設けて、タイマーによりバルブ１４１、１４２および１
４３を順次開放して排気量を制御する。

【００１９】図１及び図２において、１０５は圧力計、
１０６はリークバルブ、１０７はフィルターを示す。

【００２０】本発明の樹脂層の乾燥方法は、カラーフィ
ルタの製造工程に好ましく適用される。通常、カラーフ
ィルタは、透明基板上に、ブラックマトリクス或いはブ
ラックストライプと呼ばれる遮光層と、該遮光層の開口
部を着色画素とし、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３
原色の着色画素を有する着色層と、必要に応じて設けら
れる保護層を形成してなる。従って、遮光層のパターニ
ングに用いられるレジストの塗工に、本発明の乾燥方法
を用いることによって、良好なカラーフィルタを形成す
ることができる。

【００２１】例えば、図１に示すような一連の工程によ
ってカラーフィルタを製造することができる。尚、図３
（ａ）〜図３（ｅ）は以下の工程（ａ）〜（ｅ）に対応
する。

【００２２】（ａ）透明基板１上に、黒色の感光性樹脂
組成物２を塗布し、本発明の乾燥方法で乾燥する。

【００２３】塗布膜の厚さは、必要な遮光性を得る厚さ
であり、例えば１μｍ程度である。尚、透明基板は、例
えばガラスが多く用いられるが、プラスチックフィルム
やプラスチックシートでも構わない。また、必要に応じ
て、透明基板とブラックマトリックスおよび着色インク
との密着性を向上させるために、透明基板上に予め密着
性を向上させる薄膜を形成しておくこともできる。

【００２４】（ｂ）乾燥された層を、感光性樹脂組成物
の感度に合致した波長を有する露光装置と、所定のパタ
ーンを有するマスク３を使い、露光する。

【００２５】（ｃ）現像を行うことにより、ネガ型であ
れば、露光時にマスク３で遮光された部分が現像液で溶
出し、基板表面が露出し、露光部分がブラックマトリッ
クスパターンとして残る。

【００２６】（ｄ）ブラックマトリックス間隙部４に所
定の色のインク５を付与する。インクの付与方法として
は、オフセット印刷、グラビア印刷、スクリーン印刷等
の一般の印刷法等を用いることもできるが、特にインク
ジェット印刷機を用いるインクジェット印刷法によれば
印刷時に版を使用しないためにインク滴径を操作すれば
高精度のパターニングが可能となる点で好ましい。ここ
で使用されるインクは、上記のブラックマトリックスパ
ターン上でははじかれやすく、ブラックマトリックス間
隙の画素部には濡れやすいものを適宜選択して使用す
る。表面エネルギー（表面張力）としては、通常３０〜
７０ｄｙｎｅ／ｃｍである。このようなインクは、染料
系、顔料系のいずれでも良く、溶媒は水を主成分とし
て、親水性の有機溶媒等を含んでいてもよい。

【００２７】（ｅ）ブラックマトリックスを本硬化させ
るため加熱乾燥処理（ポストベーク）を行い、ブラック
マトリックスを形成する。このときインクの本硬化も同
時に行うことが好ましい。その後、必要に応じて保護膜
を塗布し、本発明の乾燥方法で乾燥する。

【００２８】図４に、本発明によるカラーフィルタを組
み込んだＴＦＴカラー液晶パネルの断面を示す。尚、そ
の形態は本例に限定されるものではない。

【００２９】カラー液晶パネルは、一般的にカラーフィ
ルタ基板１と対向基板６４を合わせ込み、液晶組成物を
封入することにより形成される。液晶パネルの一方の基
板６４の内側に、ＴＦＴ（不図示）と透明な画素電極６
３がマトリックス状に形成される。又、もう一方の基板
１の内側には、画素電極に対向する位置にＲＧＢの色材
が配列するようカラーフィルタ６９が設置され、その上
に透明な対向電極（共通電極）６０が一面に形成され
る。ブラックマトリクスは、通常カラーフィルタ基板側
に形成される。更に、両基板の面内には配向膜６１が形
成されており、これをラビング処理することにより液晶
分子を一定方向に配列させることができる。又、それぞ
れのガラス基板の外側には偏光板６５が接着されてお
り、液晶化合物６２は、これらのガラス基板の間隙（２
〜５μｍ程度）に充填される。又、バックライトとして
は蛍光灯（不図示）と散乱液（不図示）の組み合わせが
一般的に用いられており、液晶化合物をバックライト光
の透過率を変化させる光シャッターとして機能させるこ
とにより表示を行う。

【００３０】

【実施例】以下、本発明の実施例および比較例を説明す
る。

【００３１】（実施例１）無アルカリアラス基板にスピ
ンコーターで、新日鐵化学社製Ｖ−２５９−ＢＫ−７３
９Ｐブラックレジスト材料を塗布した。この時の回転数
は６００ｒｐｍで、３０秒間保持を行った。その後、図
１に示す真空乾燥装置内に塗布基板を配置し、バタフラ
イバルブにて、排気速度が６６Ｔｏｒｒ／秒の一定値で
１０秒間排気した後、バルブを全開し、１Ｔｏｒｒまで
排気した。そして、真空チャンバをベントした後、基板
を取り出し、表面を観察した結果、特に異物、ピンホー
ル、材料凝集等の欠陥は無く良好な表面状態を示してい
た。

【００３２】図５は上記真空乾燥装置内の真空度の時間
経過を示す。◆印および△印が本実施例のものであり、
◆印および△印は複数の塗布基板を真空乾燥した際のバ
ラツキの範囲を示している。なお、□印は後述する実施
例３の、×印は後述する比較例２の排気時間対真空度曲
線を示す。

【００３３】上記基板を、表１の条件で露光、現像、ポ
ストベークし、樹脂ブラックマトリクスパターンを得
た。本樹脂ブラックマトリクスパターンは、画素部のレ
ジスト残り（残渣）が無く、ブラックマトリクス部と画
素部の境界がシャープに別れ、良好なブラックマトリク
スを得ることが出来た。

【００３４】露光：ＣａｎｏｎＰＬＡ−６００ＦＡ
ギャップ５μｍ露光時間４秒（４８ｍＪ）現像：スピン現像現像圧０．２ＭＰａ回転数２００
ｒｐｍ処理時間１５秒リンス１０ＭＰａ２００ｒｐ
ｍ２０秒ポストベーク：雰囲気炉２００℃ ６０分

【００３５】（実施例２）同上の条件で真空乾燥を施し
た基板を、１週間クリーンルーム環境下に保持した後、
同上の条件で露光、現像、ポストベークを行い、樹脂ブ
ラックマトリクスパターンを得た。

【００３６】本樹脂ブラックマトリクスパターンは、実
施例１の真空乾燥工程を終了した直後に、露光、現像、
ポストベークを行ったものと同様、画素部の残渣が無
く、ブラックマトリクス部と画素部の境界がシャープに
別れ、良好なブラックマトリクスを得ることが出来た。

【００３７】（実施例３）無アルカリガラス基板にスピ
ンコーターで、富士フィルムオーリン社製ＣＫ−Ｓ１７
１Ｘブラックレジスト材料を塗布した。この時の回転数
は６００ｒｐｍで、３０秒間保持を行った。その後、図
１の真空乾燥装置内に塗布基板を配置し、バタフライバ
ルブにて、排気速度が１００Ｔｏｒｒ／秒の一定値で６
秒間排気した。その後、バタフライバルブを開放状態と
し、１Ｔｏｒｒまで排気を行った。そして、真空チャン
バをベントした後、基板を取り出し、表面を観察した結
果、特に異物、ピンホール、材料凝集等の欠陥は無く良
好な表面状態を示していた。

【００３８】同上の条件で真空乾燥を施した基板を、１
０日間クリーンルーム環境下に保持した後、表１の条件
で露光、現像、プリベークを行い、樹脂ブラックマトリ
クスパターンを得た。

【００３９】本樹脂ブラックマトリクスパターンは、真
空乾燥工程を終了した直後に、露光、現像、ポストベー
クを行ったものと同様、画素部の残渣が無く、ブラック
マトリクス部と画素部の境界がシャープに別れ、良好な
ブラックマトリクスを得ることが出来た。

【００４０】（比較例１）無アルカリガラス基板にスピ
ンコーターで、新日鐵化学社製Ｖ−２５９−ＢＫ−７３
９Ｐブラックレジスト材料を塗布した。この時の回転数
は６００ｒｐｍで、３０秒間保持を行った。その後、ホ
ットプレートでポストベークを行った。この時の条件
は、８０℃で１８０秒保持である。

【００４１】本基板の表面を観察した結果、特に異物、
ピンホール、材料凝集等の欠陥は無く良好な表面状態を
示していた。

【００４２】この基板を、４時間クリーンリーム環境下
に保持した後、表１の条件で露光、現像、ポストベーク
を行い、樹脂ブラックマトリクスパターンを得た。

【００４３】本樹脂ブラックマトリクスパターンは、画
素部の残渣が非常に多く、ブラックマトリクス部と画素
部の境界が歪みに凹凸があり、良好なブラックマトリク
スを得ることが出来なかった。

【００４４】（比較例２）無アルカリガラス基板にスピ
ンコーターで、新日鐵化学社製ＢＫ−７３９Ｐブラック
レジスト材料を塗布した。この時の回転数は６００ｒｐ
ｍで、３０秒間保持を行った。その後、真空乾燥装置内
に塗布基板を配置し、バタフライバルブを開放して、１
０秒間排気し、１Ｔｏｒｒまで排気した。そして、真空
チャンバをベントした後、基板を取り出し、表面を観察
した結果、特に異物、ピンホール、材料凝集等の欠陥が
発生していた。

【００４５】上記基板を、表１の条件で露光、現像、ポ
ストベークを行い、樹脂ブラックマトリクスパターンを
得た。

【００４６】本樹脂ブラックマトリクスパターンは、画
素部の残渣は少なかったものの、ブラックマトリクス部
と画素部の境界がいびつに凹凸を発生し、部分的にブラ
ックマトリクスの線欠けが発生していた。

【００４７】（実施例４）図４に示すように、樹脂ＢＭ
にインクジェット法で形成したカラーフィルター基板に
対し、スピンコーターでＪＳＲ社製オプトマーＳＳ６６
９９Ｇ保護層材料を塗布した。このときの基板回転数は
１０００ｒｐｍで、３０秒間保持を行った。その後、図
２に示した真空乾燥装置内に塗布基板を配置し、バルブ
１４２を１０秒間開放した。このときの真空度は１００
Ｔｏｒｒであった。その後、バルブ１４２および１４３
を同時に８秒間開放した。このときの真空度は１０Ｔｏ
ｒｒであった。その後、メインバルブ１４１を５秒間開
放し、１Ｔｏｒｒまで排気を行った。そして、真空チャ
ンバーをベントした後、基板を取り出し表面を観察した
結果、特に異物、ピンホール、泡等の欠陥部は無く良好
な表面状態を示していた。

【００４８】本基板を、真空乾燥後クリーンオーブン内
で２３０℃６０分保持し、焼成を完了しカラーフィルタ
ー基板を得た。配管１４１、１４２及び１４３の直径
は、それぞれ７０ｍｍ、１／４インチ、１／４インチで
ある。

【００４９】（比較例３）実施例４と同等の基板を真空
乾燥装置内に配置し、バルブ１４１を１０秒間開放し
た。このときの真空度は１Ｔｏｒｒであった。このとき
の排気時間と真空度の関係を図６に示した。その後、真
空チャンバーをベントした後、基板を取り出し表面を観
察した結果、基板膜表面および内部から泡が発生してお
り、欠陥不良となってしまった。

【００５０】上述においては、本発明を樹脂ブラックマ
トリクスを製造する際に適用する例を上げて説明した
が、本発明は、黒色顔料を分散した感光性樹脂であるブ
ラックレジストに限らず、顔料分散感光性樹脂を用いて
フォトリソグラフィにより青、緑、赤の各画素を形成す
る際等、他の顔料を分散した感光性樹脂によるレジスト
を形成す際にも適用することができる。

【００５１】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、基板上に
塗布した顔料分散感光性樹脂の乾燥を真空乾燥法により
行なうようにしたため、塗布後露光までのプロセス滞留
時間が長くなってもパターニングが可能となる、パター
ニング性が向上する、現像後のエッチング残渣が低減す
るという効果がある。

【００５２】また、真空乾燥時に１００Ｔｏｒｒまでは
６秒以上をかけて排気するようにしたため、顔料分散感
光性樹脂を真空乾燥するにもかかわらず、顔料分散レジ
スト特有の異物、ピンホール、材料凝集等の欠陥は発生
しない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の乾燥方法を実施するための真空装置の
一例を示す模式図である。

【図２】本発明の乾燥方法を実施するための真空装置の
他の例を示す模式図である。

【図３】本発明のカラーフィルタ基板の製造方法の一例
を示す工程図である。

【図４】本発明の液晶表示装置の一例を示す断面図であ
る。

【図５】本発明の実施例および比較例における真空度と
排気時間との関係を示すグラフである。

【図６】比較例３における真空度と排気時間との関係を
示すグラフである。

【符号の説明】

１基板２感光性樹脂組成物３マスク５インク６１配向膜６２液晶化合物６３画素電極６５偏光板１０１樹脂組成物１０２チャンバー１０３真空ポンプ１０５圧力計

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者岩田研逸東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者小佐野永人東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に樹脂組成物を塗布し、乾燥する
樹脂組成物層の乾燥方法において、前記乾燥する方法が
真空乾燥であり、その時の乾燥条件が真空度１００Ｔｏ
ｒｒまで６秒以上の時間をかけて排気することを特徴と
する樹脂組成物層の乾燥方法。
【請求項２】前記乾燥条件が、真空度１００Ｔｏｒｒ
まで６秒以上時間をかけて排気した後、さらに真空度１
Ｔｏｒｒ以下に排気し、その真空度１Ｔｏｒｒ以下の条
件で前記塗布基板をさらに１５〜５０秒間乾燥させるこ
とを特徴とする請求項１記載の樹脂組成物層の乾燥方
法。
【請求項３】前記樹脂組成物が、感光性樹脂組成物で
ある請求項１または２に記載の樹脂組成物層の乾燥方
法。
【請求項４】基板上に感光性樹脂組成物を塗工し、請
求項１の乾燥方法により真空乾燥する工程と、前記感光
性樹脂組成物の層にパターンを形成してブラックマトリ
クスパターンとする工程と、前記ブラックマトリクスパ
ターンの隙間に着色インクを付与する工程とを有するこ
とを特徴とするカラーフィルタ基板の製造方法。
【請求項５】前記着色インクの付与後、前記感光性樹
脂組成物層上に樹脂組成物を塗布乾燥して保護層とする
工程を有する請求項４記載のカラーフィルタ基板の製造
方法。
【請求項６】請求項４または５により製造されたカラ
ーフィルタ基板と、前記カラーフィルタに対向して配置
された対向基板と、前記カラーフィルタ基板と前記対向
基板との間に封入した液晶組成物とを有することを特徴
とする液晶表示素子。