JP2006258916A - カラーフィルタの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】安定した形状のカラーフィルタを形成可能なカラーフィルタの製造方法を提供する。
【解決手段】ネガ型カラーフィルタ材料５０を面上に塗布し、露光処理（図３（ａ））、現像処理（図３（ｂ））、及び加熱処理（図３（ｄ））をこの順に行ってカラーフィルタを形成するカラーフィルタの製造方法であって、現像処理と加熱処理の間で、現像処理されたカラーフィルタ材料５０に光照射を行う光照射工程（図３（ｃ））を含む。
【選択図】図３

Description

本発明は、ネガ型カラーフィルタ材料を面上に塗布し、露光処理、現像処理、及び加熱処理をこの順に行ってカラーフィルタを形成するカラーフィルタの製造方法に関する。

固体撮像素子等に用いられるカラーフィルタは、一般に、リソグラフィプロセスによって製造している（例えば特許文献１参照）。
図５は、従来の固体撮像素子用カラーフィルタの製造工程を説明するための図である。図５（ａ）に示すように、感光性を有する顔料分散型の着色レジスト（ネガ型のカラーフィルタ材料）を平坦化膜１００上に塗布してカラーフィルタ材料膜を形成し、所定パターンのマスクＭを用いて露光処理を行う。次に、図５（ｂ）に示すように、露光した部分以外を取り除く現像処理を行う。次に、現像処理後のカラーフィルタ材料膜を加熱する加熱処理を行って所定パターンのカラーフィルタを形成する。カラーフィルタ材料膜の塗布、露光処理、現像処理、加熱処理の一連の工程を固体撮像素子に搭載する所望のカラーフィルタの色数分繰り返し行うことで、所望の色数を有した固体撮像素子用カラーフィルタが製造される。

特開２０００−１２２３０６号公報

上記露光処理では、ネガ型カラーフィルタ材料のうち光の照射された部分が架橋反応を起こすが、ネガ型カラーフィルタ材料の場合、光透過率があまり良くないため、平坦化膜１００に近い部分１０１ａでは、架橋反応が起こらないまま露光処理が終わってしまう。このため、露光及び現像処理後に加熱処理や溶剤処理等を行った場合、図５（ｃ）に示すように、平坦化膜１００に近い部分１０１ａが変形してしまい、安定した形状のカラーフィルタを得ることが難しかった。カラーフィルタの形状が変形してしまうと、固体撮像素子の場合は混色等の問題が発生し、性能劣化につながってしまう。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、安定した形状のカラーフィルタを形成可能なカラーフィルタの製造方法を提供することを目的とする。

本発明のカラーフィルタの製造方法は、ネガ型カラーフィルタ材料を面上に塗布し、露光処理、現像処理、及び加熱処理をこの順に行ってカラーフィルタを形成するカラーフィルタの製造方法であって、前記現像処理と前記加熱処理の間で、前記現像処理されたカラーフィルタ材料に光照射を行う光照射工程を含む。

この方法によれば、光照射工程により、現像処理されたカラーフィルタ材料において架橋反応が起こっていない領域をなくすことが可能なため、後の加熱処理によってカラーフィルタの変形が生じにくくなり、安定した形状のカラーフィルタを形成することができる。

本発明のカラーフィルタの製造方法は、前記光照射工程において、前記現像処理されたカラーフィルタ材料に対して斜めに光を照射する。

この方法によれば、現像処理されたカラーフィルタ材料の側壁部に十分に光を照射することができ、より安定した形状のカラーフィルタを形成することが可能となる。

本発明のカラーフィルタの製造方法は、前記光照射工程において、前記光照射用の光源と前記現像処理されたカラーフィルタ材料との位置を相対的に変化させながら光照射を行う。

この方法によれば、現像処理されたカラーフィルタ材料全体にまんべんなく光を照射することができ、より安定した形状のカラーフィルタを形成することが可能となる。

本発明のカラーフィルタの製造方法は、前記光照射工程では、前記露光処理に用いる光源と同じ光源を用いて光照射を行う。

この方法によれば、露光及び現像処理を行う場所から、現像処理されたカラーフィルタ材料を移動させる必要がないため、製造時間の増加を防ぐことができる。

本発明のカラーフィルタの製造方法は、前記カラーフィルタが原色系又は補色系のカラーフィルタである。

本発明のカラーフィルタの製造方法は、前記カラーフィルタが原色系又は補色系のカラーフィルタとＮＤフィルタとを組み合わせたカラーフィルタである。

本発明によれば、安定した形状のカラーフィルタを形成可能なカラーフィルタの製造方法を提供することができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明の実施形態を説明するための固体撮像素子の平面模式図である。図２は、図１のＡ−Ａ線断面模式図である。
図１，２に示す固体撮像素子は、ｎ型のシリコン基板１表面部に光電変換部であるフォトダイオード３０が多数形成され、各フォトダイオード３０で発生した信号電荷を列方向（図２中のＹ方向）に転送するための電荷転送部４０が、列方向に配設された複数のフォトダイオード３０からなる複数のフォトダイオード列の間を蛇行して形成される。

電荷転送部４０は、複数のフォトダイオード列の各々に対応してシリコン基板１表面部の列方向に形成された複数本の電荷転送チャネル３３と、電荷転送チャネル３３の上層に形成された単層電極構造の電荷転送電極３（第１の電極３ａ、第２の電極３ｂ）と、フォトダイオード３０で発生した電荷を電荷転送チャネル３３に読み出すための電荷読み出し領域３４とを含む。電荷転送電極３は、行方向に配設された複数のフォトダイオード３０からなる複数のフォトダイオード行の間を全体として行方向（図２中のＸ方向）に延在する蛇行形状となっている。電荷転送電極３は、第１の電極３ａの上に第２の電極３ｂの一部が重なった二層電極構造であっても良い。

図２に示すように、シリコン基板１の表面部にはｐウェル層９が形成され、ｐウェル層９の表面部にはｐ領域３０ａが形成され、ｐ領域３０ａの下にはｎ領域３０ｂが形成され、ｐ領域３０ａとｎ領域３０ｂがフォトダイオード３０を構成し、フォトダイオード３０で発生した信号電荷は、ｎ領域３０ｂに蓄積される。

ｐ領域３０ａの右側には、少し離間してｎ領域からなる電荷転送チャネル３３が形成される。ｎ領域３０ｂと電荷転送チャネル３３の間のｐウェル層９には電荷読み出し領域３４が形成される。

シリコン基板１表面にはゲート酸化膜２が形成され、電荷読み出し領域３４と電荷転送チャネル３３の上には、ゲート酸化膜２を介して、第１の電極３ａと第２の電極３ｂが形成される。第１の電極３ａと第２の電極３ｂの間は電極間絶縁膜５によって絶縁される。垂直転送チャネル３３の右側にはｐ＋領域からなるチャネルストップ３２が設けられ、隣接するフォトダイオード３０との分離が図られる。

電荷転送電極３の上には酸化シリコン膜６が形成され、更にその上に中間層７０が形成される。中間層７０のうち、７１は遮光膜、７２はＢＰＳＧ（borophospho silicate glass）からなる絶縁膜、７３はＰ−ＳｉＮからなる絶縁膜（パッシベーション膜）、７４は透明樹脂膜からなる平坦化層である。遮光膜７１は、フォトダイオード３０の開口部分を除いて設けられており、シリコン基板１内のフォトダイオード３０の一部以外に光が入らないようにしている。中間層７０上方には、カラーフィルタ５０とマイクロレンズ６０が設けられる。カラーフィルタ５０とマイクロレンズ６０との間は、絶縁性の透明樹脂等からなる平坦化層６１が充填される。

本実施形態の固体撮像素子は、フォトダイオード３０で発生した信号電荷がｎ領域３０ｂに蓄積され、ここに蓄積された信号電荷が、電荷転送チャネル３３によって列方向に転送され、転送された信号電荷が図示しない電荷転送路（ＨＣＣＤ）によって行方向に転送され、転送された信号電荷に応じた色信号が図示しないアンプから出力される構成である。

次に上述した固体撮像素子の製造工程のうち、カラーフィルタの製造工程について図３を参照して説明する。
図３は、本発明の実施形態を説明するための固体撮像素子のカラーフィルタの製造工程を示す図である。
平坦化層７４から下の層を従来の固体撮像素子と同じ製造工程で形成した後、図３（ａ）に示すように、感光性を有する顔料分散型の着色レジスト（ネガ型のカラーフィルタ材料）５０を平坦化層７４上に塗布し、所定パターンのマスクＭを用いて露光処理を行う。尚、図３では、カラーフィルタ材料５０において架橋反応が起こった部分にのみハッチングをしている。

次に、図３（ｂ）に示すように、露光した部分以外を取り除く現像処理を行う。このとき、上述したように、現像されたカラーフィルタ材料５０の平坦化層７４に近い部分５０ａ（以下、架橋未反応領域５０ａという）では、架橋反応が起こっていない。そこで、本実施形態では、架橋未反応領域５０ａで架橋反応が起こるように、現像されたカラーフィルタ材料５０に対し、真上から光を照射する（図３（ｃ））。この光照射を行うことにより、架橋未反応領域５０ａにおいて架橋反応が起こり、後の加熱処理や溶剤処理等によって変形しない程度の状態となる。

尚、ここでの光照射は、露光処理で用いたステッパ露光装置の光源を用いて行っても良いし、露光装置とは別のＵＶキュア装置等の光源を用いて行っても良い。ステッパ露光装置の光源を用いた場合は、フォトリソグラフィ工程を行う場所で光照射を併せて行うことができるため、光照射のためにシリコン基板を別の場所に移動させる必要がなく、カラーフィルタの製造時間の増加を防ぐことができる。

光照射を行った後、カラーフィルタ材料５０を加熱する加熱処理（ベーク処理）を行い、形状の安定した所定パターンのカラーフィルタを形成する（図３（ｄ））。

そして、図３（ａ）〜（ｄ）までの一連の処理を、固体撮像素子に搭載する所望のカラーフィルタの色数分繰り返し行うことで、所望の色数を有した固体撮像素子用カラーフィルタを製造する。固体撮像素子に搭載するカラーフィルタとしては、原色（赤、緑、青）のカラーフィルタを同一平面状で配置したカラーフィルタ（特許請求の範囲の原色系のカラーフィルタに該当）や、補色（シアン、マゼンタ、イエロー）のカラーフィルタを同一平面状で配置したカラーフィルタ（特許請求の範囲の補色系のカラーフィルタに該当）や、原色又は補色のカラーフィルタと白のカラーフィルタ（ＮＤフィルタ）を同一平面状で配置したカラーフィルタ（特許請求の範囲の原色系又は補色系のカラーフィルタとＮＤフィルタとを組み合わせたカラーフィルタに該当）等があげられる。

以上のように、本実施形態によれば、従来のカラーフィルタの製造工程において、現像処理と加熱処理の間に、カラーフィルタ材料に光を照射する光照射処理を追加することで、カラーフィルタ材料の全体に渡って架橋反応が起こった状態で加熱処理を行うことができるため、従来のように、加熱処理や溶剤処理等によってカラーフィルタ材料が変形してしまうことがなく、形状の安定したカラーフィルタを製造することができる。

尚、上記の説明では、現像処理されたカラーフィルタ材料５０の真上から光を照射するものとしたが、図４に示すように、現像処理されたカラーフィルタ材料５０に対して斜めから光を照射するようにしたり、真上と斜めとの両方から光を照射するようにしたりしても良い。斜めから光を照射することにより、カラーフィルタ材料５０の側壁への光の照射量を増やすことができ、架橋未反応領域５０ａにおける架橋反応速度を速めることができる。

斜めから光を照射する場合は、シリコン基板に対して斜めに光が入射するような位置に光源を固定配置した状態でシリコン基板を回転させたり、シリコン基板を固定配置としてシリコン基板を中心にして光源を周回させたり、シリコン基板と光源との双方を回転及び周回させたりすることで、カラーフィルタ材料５０の側壁部全てにまんべんなく光を照射させることが可能である。あるいは、光源とシリコン基板の少なくとも一方を平行移動させる（例えば搬送装置処理中等に光源を平行移動させる）ことにより、まんべんなく光を照射させる効果を得ることが可能である。

又、本実施形態では、固体撮像素子に搭載するカラーフィルタを例にしたが、本発明のカラーフィルタの製造方法は、固体撮像素子以外にも適用可能である。固体撮像素子の場合は、画素の増大化や微細化が進んでいるため、カラーフィルタの形状を安定化することは非常に重要であり、本発明は、固体撮像素子に適用した場合に、特に効果がある。

本発明の実施形態を説明するための固体撮像素子の平面模式図 図１のＡ−Ａ線断面模式図 本発明の実施形態を説明するための固体撮像素子のカラーフィルタの製造工程を示す図 光照射の方法の変形例を示す図 従来の固体撮像素子用カラーフィルタの製造工程を説明するための図

符号の説明

１ シリコン基板
２ ゲート酸化膜
３ａ 第１の電極
３ｂ 第２の電極
３ 電荷転送電極
５ 電極間絶縁膜
６ 絶縁膜
７１ 遮光膜
７２ 絶縁膜
７４ 平坦化層
５０ カラーフィルタ
５０ａ 架橋未反応領域
Ｍ マスク

Claims (6)

1. ネガ型カラーフィルタ材料を面上に塗布し、露光処理、現像処理、及び加熱処理をこの順に行ってカラーフィルタを形成するカラーフィルタの製造方法であって、
   前記現像処理と前記加熱処理の間で、前記現像処理されたカラーフィルタ材料に光照射を行う光照射工程を含むカラーフィルタの製造方法。
2. 請求項１記載のカラーフィルタの製造方法であって、
   前記光照射工程は、前記現像処理されたカラーフィルタ材料に対して斜めに光を照射するカラーフィルタの製造方法。
3. 請求項２記載のカラーフィルタの製造方法であって、
   前記光照射工程は、前記光照射用の光源と前記現像処理されたカラーフィルタ材料との位置を相対的に変化させながら光照射を行うカラーフィルタの製造方法。
4. 請求項１〜３のいずれか記載のカラーフィルタの製造方法であって、
   前記光照射工程では、前記露光処理に用いる光源と同じ光源を用いて光照射を行うカラーフィルタの製造方法。
5. 請求項１〜４のいずれか記載のカラーフィルタの製造方法であって、
   前記カラーフィルタは、原色系又は補色系のカラーフィルタであるカラーフィルタの製造方法。
6. 請求項１〜４のいずれか記載のカラーフィルタの製造方法であって、
   前記カラーフィルタは、原色系又は補色系のカラーフィルタとＮＤフィルタとを組み合わせたカラーフィルタであるカラーフィルタの製造方法。

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