(57)【要約】【課題】ダイコータを用いた塗膜の塗工において、塗工方向に平行なスジの発生を防止する。【解決手段】ダイヘッド７の先端の塗工方向長さより、ダイヘッド７先端と被塗工基板１０との間に形成される塗料ビード１１の塗工方向長さが長くなるように設定して塗工を行う。【選択図】　　　　図２
2004033932.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ライン状のスリットを有するダイヘッドと該ダイヘッドに塗料を供給する塗料供給系とを備えた塗工装置を用い、該ダイヘッドの下方に被塗工基板を配置して、上記スリットから塗料を吐出すると同時に、該ダイヘッドに対して被塗工基板を相対的に移動させることによって、該被塗工基板上に塗膜を形成する枚葉塗工方法であって、
上記ダイヘッド先端の塗工方向長さが、該ダイヘッドと被塗工基板間に形成される塗料ビードの塗工方向長さよりも短いことを特徴とする枚葉塗工方法。
【請求項２】
基板上に着色層を有するカラーフィルタの製造方法であって、請求項１記載の枚葉塗工方法により塗膜の形成を行う工程を少なくとも１工程含むことを特徴とするカラーフィルタ製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置や液晶ディスプレイ等の製造工程において、精密塗工用のダイコータを用いて基板上に塗膜を形成する枚葉塗工方法に関し、さらには、該塗工方法を用いたカラーフィルタ製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、半導体装置や液晶ディスプレイといった基板上に種々の部材を作り込んでなる物品の製造において、プラスチック基板やガラス基板、半導体ウエハといった小面積の基板上に塗料を塗工して塗膜を形成し、該塗膜に、乾燥、焼成、光照射等必要な処理を施して薄膜を形成する方法が用いられており、上記塗料を塗工する方法として、スピンコータやバーコータ、ロールコータといった枚葉塗工方法が広く用いられている。
【０００３】
スピンコータを用いる方法は、半導体ウエハのフォトレジスト塗工に広く用いられている方法であり、回転する被塗工基板の表面中央に塗料を滴下することによって、塗膜を形成する。当該方法では、適宜塗料を調整することによって、塗膜全体で膜厚を高精度に均一にすることができる。
【０００４】
しかしながら、所定の膜厚の塗膜を得るために必要な塗料の使用量が著しく多く、不経済である。また、被塗工基板のエッジ部や裏面に塗料が付着したり、装置内に飛散した塗料がゲル化或いは固形化することがあり、工程の安定性、清浄性に欠けるため、塗工製品の品質低下の原因となってしまう。
【０００５】
また、ロールコータを用いる方法は、ローラを介して塗料を被塗工基板に転写する方法であり、長尺の被塗工基板、ロール状の巻き取られた被塗工基板に塗工することができる。しかしながら、塗料がパンからアプリケーションロール、被塗工基板へ順次送られる関係上、塗料が空気に曝される時間が長く、塗料の吸湿、酸化による変質が起こり易いのみならず、異物の混入も発生しやすい。その結果、塗工製品の品質低下を招いてしまう。
【０００６】
バーコータを用いる方法は、ロッドに細いワイヤを巻いたバーを用いて被塗工基板に塗料を塗工する方法である。この方法ではロッドに巻かれたワイヤが被塗工基板に接するため、塗膜にスジが入りやすいという不都合がある。
【０００７】
このような不都合を考慮して、ダイコータを用いた方法が提案されている。さらに、カラーフィルタの製造方法にダイコータを用いた提案が、特開平５−１１１０５号公報、特開平５−１４２４０７号公報、特開平６−３３９６５６号公報に開示されている。
【０００８】
ダイコータは、従来から、厚膜塗工や高粘度塗料の連続塗工に広く採用されており、例えば、米国特許第４，２３０，７９３号明細書、同第４，６９６，８８５号明細書、同第２，７６１，７９１号明細書に見られるように、カーテンフロー法、押し出し法、ビード法などの塗工方法が知られている。中でも、ビード法は、ダイコータのダイヘッド先端に設けられたスリットから塗料を吐出して、ダイヘッド先端と一定の間隔を保って相対的に走行する被塗工基板との間に塗料ビードと呼ばれる塗料溜まりを形成し、スリットに塗膜形成に消費した量と同量の塗料を供給しながらこの状態で被塗工基板の走行に伴って塗料を引き出して塗膜を形成する。当該方法によれば、膜厚均一性の高い塗膜を得ることができ、また、塗料の無駄がほとんど無く、スリットから吐出されるまでの塗料送液経路が密閉されているため、塗料の変質や異物の混入を防止することができ、得られる塗膜の品質を高く維持することができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
液晶ディスプレイ用のカラーフィルタの製造において、着色層の塗工における膜厚ムラは色ムラとして直接品質に影響し、また、オーバーコート層（保護層）の塗工における膜厚ムラは液晶層のギャップに影響する。そのため、カラーフィルタの製造における塗膜の形成には高い膜厚均一性が要求される。また、半導体製造工程においても、そのパターンは年々細くなっており、塗膜の形成には高い膜厚均一性が要求される。
【００１０】
ダイコータによる塗膜の膜厚ムラは、原理上、塗工方向（被塗工基板の相対移動方向）のムラと塗工幅方向のムラに区別され、それぞれに応じた対策が必要となるが、塗工方向に平行な細いスジが発生することがあり、問題となっている。
【００１１】
本発明の課題は、ダイコータによる塗膜のスジの発生を防止した、膜厚均一性の高い塗工方法を提供し、さらには、色ムラがなく、液晶層のギャップに影響しないカラーフィルタの製造方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の第一は、ライン状のスリットを有するダイヘッドと該ダイヘッドに塗料を供給する塗料供給系とを備えた塗工装置を用い、該ダイヘッドの下方に被塗工基板を配置して、上記スリットから塗料を吐出すると同時に、該ダイヘッドに対して被塗工基板を相対的に移動させることによって、該被塗工基板上に塗膜を形成する枚葉塗工方法であって、
上記ダイヘッド先端の塗工方向長さが、該ダイヘッドと被塗工基板間に形成される塗料ビードの塗工方向長さよりも短いことを特徴とする。
【００１３】
本発明の第二は、基板上に着色層を有するカラーフィルタの製造方法であって、上記本発明の枚葉塗工方法により塗膜の形成を行う工程を少なくとも１工程含むことを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明者等は、塗工方向に平行なスジの発生が、ダイヘッド先端と被塗工基板の間に形成される塗料ビードの形状に起因することを見出し、本発明を達成した。即ち、塗料ビードの塗工方向長さが急激に変化する部分において、塗膜の膜厚が急激に変化し、自己レベリング作用の小さい塗料では、塗工方向に平行なスジが発生してしまう。従って、このような塗工方向に平行なスジの発生しない塗膜を形成するには、塗料ビードを均一に保って塗工を行う必要があり、塗料ビードの塗工方向長さが、ダイヘッド先端の塗工方向長さより大きい場合に、塗料ビードを均一に保つことができることを見出した。以下、図３を用いて詳細に説明する。図３はダイヘッドの先端部分の拡大模式図であり、図中、７はダイヘッド、９は被塗工基板、１１は塗料ビード、１２はスリット、４１はダイヘッド７の先端部の塗工方向長さ、４２は塗料ビード１１の塗工方向長さを示す。
【００１５】
ダイヘッド７と被塗工基板間の距離が大きくなると、ダイヘッド７先端における塗料ビード１１の保持力は小さくなる。図３（ａ）に示すように、塗料ビード１１の塗工方向長さ４２がダイヘッド７の先端部の塗工方向長さ４１より大きい場合（ダイヘッド７の側面傾斜部に塗料ビード１１が回り込んでいる場合）、塗料ビード保持力は塗料ビード塗工方向両端において小さく、塗工方向中心に向かって大きくなる。この状態の塗料ビード１１に何らかの外力が加わった場合、塗料ビード保持力の弱い部分から変形し、塗料ビード形状は、スリット１２と平行な直線形状を保ったまま変形する。図３（ｂ）に示すように、塗料ビード１１の塗工方向長さ４２がダイヘッド７の先端部の塗工方向長さ４１と等しいか、より小さい場合（ダイヘッド７の側面傾斜部に塗料ビード１１が回り込んでいない場合）、塗料ビード保持力は、塗料ビード１１内で均一である。この状態の塗料ビード１１に何らかの外力が加わった場合、塗料ビード１１は不均一に変形しやすく、結果として塗膜の膜厚が変化し、塗工方向に平行にスジが発生する。
【００１６】
よって、塗料ビード１１の塗工方向長さ４２がダイヘッド７の先端の塗工方向長さ４１より大きくなるように設定して塗工を行えば、塗料ビード１１が均一に変形し、塗工方向に平行なスジのない塗膜が得られる。
【００１７】
塗膜の膜厚を一定とした場合、塗料ビード１１の塗工方向長さ４２は塗工速度で決まり、塗工速度が大きくなると、塗料ビード１１の塗工方向長さ４２が小さくなる。そのため、塗工速度を徐々に大きくしていくと、ダイヘッド側面傾斜部への塗料ビード１１の回り込みは小さくなり、所定の速度を超えると塗料ビード１１の回り込みがなくなり、塗工方向に平行なスジが発生し始める。よって、より大きな塗工速度で塗工し得るように、図３（ａ）の如く、先端の塗工方向長さ４１が小さいダイヘッド７を用いることが望ましい。
【００１８】
以下に、本発明の枚葉塗工方法と、該方法に用いられる塗工装置について具体的に説明する。
【００１９】
図１は本発明の枚葉塗工方法に用いられる塗工装置の一例を示す概略構成図である。図中、１は塗料タンク、２は配管、３は開放弁、５はフィルタ、６は定量ポンプ、７はダイヘッド、８は塗膜、９は被塗工基板、１０は搬送ステージ、１１は塗料ビード、１２はスリットである。ダイヘッド７は断面模式図で示す。本発明に用いられる塗工装置は、スリット１２を備えたダイヘッド７と、該ダイヘッド７に塗料を供給する塗料供給系（１〜６）からなる。
【００２０】
また、図２に、ダイヘッド７の拡大模式図を示す。図中、２１はフロントリップ、２２はリアリップ、２３はマニホールド、２４はフロントリップ面、２５はリアリップ面、２６は塗料ガイド面、３１はクリアランス、３２はリアリップ幅、３３はフロントリップ幅、３４はスリットギャップである。
【００２１】
図１、図２の構成において、フロントリップ２１及びリアリップ２２からなるダイヘッド７は、塗料供給口（不図示）と、該塗料供給口から供給された塗料がスリット１２へと流れる間に塗料の圧力分布を均一化するためのマニホールド２３を備えている。塗料は、塗料タンク１から定量ポンプ６によってダイヘッド７の塗料供給口に供給される。定量ポンプ６は、ギヤポンプ、ダイヤフラムポンプ、シリンジポンプなどの容積式ポンプであるが、塗料供給系として、塗料タンク１を圧力容器に入れ、この圧力容器に対して加圧ポンプにより加圧空気を供給することによって塗料を押し出す形式のポンプも用いることができる。塗料タンク１から定量ポンプ６間での配管２の経路には必要に応じてフィルタ５や開閉弁３が設置される。
【００２２】
ダイヘッド７は、フロントリップ２１及び／またはリアリップ２２に穴を開けてマニホールド２３を形成し、該マニホールド２３に対して塗料供給口を設ける。フロントリップ２１とリアリップ２２を対向させて一定の間隙（スリットギャップ３４）を介して接合し、スリット１２を形成する。このスリットギャップ３４は、好ましくは１０〜２００μｍ程度である。スリットギャップ３４が２００μｍを超えると、塗工幅方向に均一な塗料の液圧が得られず、１０μｍ未満の場合には吐出圧損が大きくなりすぎ、滑らかな塗工が困難となる。
【００２３】
フロントリップ２１及びリアリップ２２の材料としては、加工性や耐薬品性、長期安定性に優れるＳＵＳ３１６やＳＵＳ３０３、ＳＵＳ３０４などのステンレス鋼が好ましい。
【００２４】
ダイヘッド７を先端より一定の間隙（クリアランス３１）を介して被塗工基板９に相対して設置する。このクリアランス３１は、２５〜５００μｍが好ましい。クリアランス３１が５００μｍを超えると、塗料ビード１１が形成しづらくなり、また、形成できても欠壊し易くなり、安定した塗工が望めなくなる。また、クリアランス３１が２５μｍ未満の場合には、被塗工基板９の部分的な凹凸によるフロントリップ面２４及び／またはリアリップ面２５が被塗工基板９に接触し、未塗布部が発生したり、著しく厚膜の塗膜８が形成されてしまい、塗工製品の品質を低下せしめる恐れがある。
【００２５】
被塗工基板９は平坦な搬送ステージ１０上に載置されており、塗工中にずれることのないように、裏面より搬送ステージ１０に真空吸着されている。
【００２６】
図１の装置においては、定量ポンプ６よりダイヘッド７に塗料の供給を開始し、直ちにまたは一定時間経過後に、ダイヘッド７または搬送ステージ１０を平行移動させる。ダイヘッド７が被塗工基板９端部に達する直前に定量ポンプ６からの塗料の供給を停止し、ダイヘッド７または搬送ステージ１０の移動も停止する。当該操作によって被塗工基板９上に均一な膜厚の塗膜が塗工される。
【００２７】
本発明の塗工方法によって塗工される塗膜は、乾燥膜厚で０．１〜２００μｍの薄膜である。
【００２８】
本発明の塗工方法によれば、塗工方向に平行なスジの発生が無く、塗膜全体で均一な膜厚が得られるため、半導体装置やディスプレイの製造に好ましく用いられるが、特に、カラーフィルタの製造に好ましく用いられる。即ち、本発明のカラーフィルタの製造方法は、上記本発明の塗工方法により塗膜の形成を行う工程を少なくとも１工程含んでいる。
【００２９】
カラーフィルタの構成としては、基本的に基板上に着色層を設けてなる。着色層は、赤、緑、青の３色の着色部からなり、それぞれの色の顔料或いは染料を含む着色樹脂層を形成した後パターニングするか、透明樹脂層を形成した後、各色に染色する。カラーフィルタには、異なる色の着色部間を遮光するブラックストライプ或いはブラックマトリクスと呼ばれる遮光層を有しており、当該遮光層はＣｒ等金属或いは黒色樹脂で形成される。さらに、着色層上にさらに樹脂製の保護層を設ける場合が多い。本発明の塗工方法は、上記した着色樹脂層、透明樹脂層、樹脂製の遮光層、保護層、或いは樹脂層のパターニングに用いるレジスト層の形成に好ましく用いられる。
【００３０】
【実施例】
（実施例１）
メチルメタクリレート　　　　　　　５．０重量部
ヒドロキシメチルメタクリレート　　３．０重量部
Ｎ−メチロールアクリルアミド　　　２．０重量部
上記組成の３元共重合体　　　　　　　　　　　　１０．０重量部
トリフェニルスルホニウムトリフラート　　　　　　０．３重量部
（ミドリ化学社製「ＴＰＳ−１０５」）
エチルセロソルブ　　　　　　　　　　　　　　　８９．７重量部
上記組成のアクリル系重合体からなる感光性樹脂組成物を塗料として用い、３６０ｍｍ×４６５ｍｍ×０．７ｍｍの無アルカリガラス基板（コーニング社製「１７３７」）を被塗工基板として用い、スリットギャップを５０μｍ、クリアランスを７５μｍに設定して塗工を行った。定量ポンプとしてはダイヤフラムポンプを用い、搬送ステージの駆動には高精度サーボモータを採用した。上記塗料を塗料タンクに仕込み、予めダイヘッドに至るまでの送液経路を塗料で満たした。ダイヘッドのフロントリップ面、リアリップ面の塗工方向の長さは共に０．０１ｍｍとし、フロントリップ及びリアリップはＳＵＳ３０３にて作製した。また、塗膜をガラス基板の両端２．５ｍｍの部分に形成させないため、スリット先端の渡り方向（塗工方向に直交する方向）の幅を３５５ｍｍとした。
【００３１】
ガラス基板の搬送速度１２ｍｍ／ｓｅｃ、塗料の吐出レート３２．８μｌ／ｓｅｃとして、塗工開始点及び終了点がガラス基板端部より１．０ｍｍ内側になるように塗工した。この場合の塗料ビードの塗工方向長さは０．２ｍｍとなる。得られた塗工基板をホットプレートにて９０℃で２０分間焼成を行い、乾燥塗膜を得た。当該塗膜はカラーフィルタの保護層として用いられる薄膜である。
【００３２】
得られた乾燥塗膜について、図４に示す基板上の１５箇所について膜厚を測定したところ、平均膜厚が１．１２μｍで、膜厚のばらつきは±３．８％であった。また、塗工方向に平行な細いスジは発生していなかった。
【００３３】
（実施例２）
実施例１と同じダイヘッド、ガラス基板を用い、塗料としては、カラーフィルタの着色層形成用塗料（富士フィルムオーリン社製「ＣＲ−７００１」）を用いた。該塗料は粘度が０．０１２Ｐａ・ｓ（１２ｃＰ）、固形分濃度２４．９重量％の感光性樹脂である。塗工領域は実施例１と同様とし、クリアランス７５μｍ、基板搬送速度３０ｍｍ／ｓｅｃ、塗料の吐出レート２６．８ｍｌ／ｓｅｃ、として塗工を行い、得られた塗膜を９０℃で５分間焼成した。この場合の塗料ビードの塗工方向長さは０．１５ｍｍとなる。
【００３４】
得られた乾燥塗膜を実施例１と同様に評価したところ、平均膜厚は１．３０μｍで、膜厚のばらつきは±３．２％であった。また、塗工方向に平行な細いスジは発生していなかった。
【００３５】
（実施例３）
実施例２で用いたガラス基板上に３層Ｃｒブラックマトリクスを形成し、次いで実施例２と同じダイヘッド及び塗料を用い、赤、青、緑の３色についてそれぞれ実施例２と同様の塗工、焼成、露光、現像を繰り返して着色層を形成し、カラーフィルタを得た。得られたカラーフィルタを用いて液晶素子を構成したところ、高精細な画像表示が得られた。
【００３６】
（比較例１）
フロントリップ面、リアリップ面の塗工方向長さを０．８ｍｍとする以外は実施例１と同様にして塗膜を形成した。この場合の塗料ビードの塗工方向長さは０．３ｍｍとなる。得られた乾燥塗膜を実施例１と同様に評価したところ、平均膜厚が１．１４μｍで、膜厚のばらつきは±６．３％であった。また、塗工方向に平行な細いスジが発生した。
【００３７】
（比較例２）
フロントリップ面、リアリップ面の塗工方向長さを０．８ｍｍとする以外は実施例２と同様にして塗膜を形成した。この場合の塗料ビードの塗工方向長さは０．２ｍｍとなる。得られた乾燥塗膜を実施例１と同様に評価したところ、平均膜厚が１．３２μｍで、膜厚のばらつきは±６．０％であった。また、塗工方向に平行な細いスジが発生した。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の枚葉塗工方法によれば、塗工方向に平行なスジが発生せず、均一な膜厚の塗膜を安定して得ることができ、半導体装置や液晶ディスプレイの製造に好ましく適用されるが、特に、該方法を用いてカラーフィルタの製造を行うことにより、信頼性の高いカラーフィルタを歩留まり良く提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明で用いられる塗工装置の一例の概略構成図である。
【図２】図１の装置のダイヘッドの拡大模式図である。
【図３】ダイヘッドの断面模式図である。
【図４】本発明の実施例における塗膜の評価の測定点を示す図である。
【符号の説明】
１　塗料タンク
２　配管
３　開放弁
５　フィルタ
６　定量ポンプ
７　ダイヘッド
８　塗膜
９　被塗工基板
１０　搬送ステージ
１１　塗料ビード
１２　スリット
２１　フロントリップ
２２　リアリップ
２３　マニホールド
２４　フロントリップ面
２５　リアリップ面
２６　塗料ガイド面
３１　クリアランス
３２　リアリップ幅
３３　フロントリップ幅
３４　スリットギャップ
【図１】
2004033932.tif 000003
【図２】
2004033932.tif 000004
【図３】
2004033932.tif 000005
【図４】
2004033932.tif 000006