JPH04121702A

JPH04121702A - カラーフィルタの形成方法

Info

Publication number: JPH04121702A
Application number: JP2241267A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Ikeno; 池野　昌彦
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1990-09-13
Filing date: 1990-09-13
Publication date: 1992-04-22

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野〕この発明は、固体撮像装置あるいはオートホワイトバラ
ンスセンサなどの受光装置のカラーフィルタや液晶カラ
ーテレビ、ＴＰＴ−ＬＣＤ　（薄膜トランジスター液晶
）デイスプレィなどの発光装置のカラーフィルタの形成
方法に関するものである。

［従来の技術］従来、カラーフィルタの製造方法としては染色法、印刷
法、電着塗装法、干渉膜蒸着法、染料蒸着法、顔料膜写
真製版法などがあった。

これらの方法の中で、ＣＣＤイメージセンサなどの固体
撮像装置用カラーフィルタには、主として染色法が広く
用いられてきている。

ここでは、従来技術の代表例としてこの染色法を取り上
げ、以下に詳しく説明する。

第６図は、従来の固体撮像装置用カラーフィル夕、特に
オンチップ型カラーフィルタを持っＣＣＤイメージセン
サの概略断面図である。第６図において、１はシリコン
などの基板、２はこの基板１上に形成されたフォトダイ
オード、３はこのフォトダイオード２で光入射により発
生した電荷を後述のＣＣＤ部へ読み出すためのゲート電
極、４はＣＣＤ部のベリラドチャネル、５はこのベリラ
ドチャネル４上に配置されたゲート電極であって、ベリ
ラドチャネル４と共にＣＣＤ部を構成する。また、６は
分離酸化膜であり、これらゲート電極３、ベリラドチャ
ネル４、ゲート電極５および分離酸化膜６の上部には絶
縁酸化膜７を介して＾溌遮光膜８が形成されている。ま
た、そのさらに上部にはオンチップ型カラーフィルタ膜
１０が積層されており、これは透明樹脂材料から成る下
地膜１１、中間膜１２、保護膜１３と色分解のため着色
されたパターンとにより構成されている。この着色パタ
ーンとしては原色系のものと補色系のものがあるが、こ
の例ではシアンフィルタ２１ａとイエローフィルタ２２
ａの組合せから成る補色系のカラーフィルタが用いられ
ている。

以上のような構造の従来の固体撮像装置においては、＾
炉遮光膜８は、受光領域であるフォトダイオード２の上
部のみが開口されており、この受光領域以外例えばベリ
ラドチャネル４および電極５などのＣＣＤ部への光入射
を防止し、不要電荷の発生を防いでいる。また、＾炉道
光膜８の開口部へ入射した光は、アンフィルタ２１ａも
しくはイエローフィルタ２２ａあるいはこれらの積み重
ねによるグリーンフィルタ（図示せず）の有無に応じて
色分解され、フォトダイオード２へ入射し、入射光強度
に応じた信号電荷を発生している。

ここで、以上説明したようなオンチップ型カラフィルタ
膜１０を用いた従来の固体撮像装置の製造方法について
若干の説明を行なう。

第７図（ａ）〜（ｆ）は従来の製造方法の中でカラフィ
ルタ膜の形成工程を説明する概略断面図である。第７図
（ａ）はカラーフィルタ膜１０が形成される前の状態を
示しており、よく知られているシリコン半導体プロセス
によりフォトダイオード２、ベリラドチャネル４、ゲー
ト電極３，５などが形成されている。カラーフィルタ膜
１０の形成工程においては、まず第７図（ａ）に示した
ような基板１上に第７図（ｂ）に示すようにアクリル系
樹脂などの透明材料を例えばスピン塗布法により塗布し
て下地膜１１を形成する。この際、下地膜１１自体が紫
外線などに対して感光性を持っていれば、ポンディング
パッドやダイシングラインくいずれも図示せず）などの
上に不要な下地膜１１を写真製版法により除去する。続
いて、第７図（ｃ）に示すように、着色パターンの母材
となる水溶性のゼラチンあるいはカゼインなどの天然分
子材料もしくはＰＶＡ（ポリビニルアルコール）などの
合成高分子材料に重クロム酸アンモニウム塩などの添加
により例えばネガ型の感光性を付与した材料を塗布し、
１色目のフィルタ膜２１を形成する。このフィルタ膜２
１をマスク３１を用いて紫外線により露光し、続いて現
像処理を施すことにより、第７図（ｄ）に示すように、
光の当たった部分のみ即ちフォトダイオード２上にのみ
フィルタ膜２１が残される。引き続き、これをシアン色
の染料で染色することにより第７図（ｅ）に示すように
シアンフィルタ２１　ａが形成される。

この後、中間膜１２および２色目のイエローフィルタ２
２ａを第７図（ｂ）〜（ｅ）に示した工程と同様の工程
を繰り返して形成し、最後に保護膜１３を下地膜１１．
中間膜１２と同様の方法で形成する。この際、ポンディ
ングパッドやダイシングライン（共に図示せず）などの
上の不要なこれらの膜は、膜自体が感光性を有する場合
には写真製版法により、また感光性を持たない場合には
、更にこれらの膜の上部にレジスト膜を形成し、これを
マスクとして酸素プラズマなどによりエツチングして除
去し、最後にレジスト膜を除去して第７図（ｆ）に示す
カラーフィルタ１１１０を得ていた。

以上の例は、基板１上に形成された複数個の固体撮像素
子チップ上にカラーフィルタを形成する方法について述
べた６通常、基板としては約ＬｏＣｍ（４インチ）から
約２０ｃｍ　（８インチ）までの径のものが一般に用い
られているが、上述のような力ラーフィルタの各材料の
薄膜を基板１上に形成する方法として、はとんどの場合
、スピン塗布法が用いられている。

しかし、スピン塗布法では基板サイズが約２５ｅｍ（１
０インチ）を越えるような大型な物の場合には、その上
に均一なミクロンオーダー厚みのムラのないＦ！膜をそ
の全面にわたって形成するのが困難であり、この傾向は
基板サイズが大きくなればなる程顕著であり、また、円
形よりは矩形である場合の方が均一な膜を得るのが難し
かった。

このため、例えば液晶カラーデイスプレーなど大型の矩
形基板上にカラーフィルタを形成する場合には、ロール
コート法が用いられることもあったが、この方法も塗布
する膜厚の制御性がスピン塗布法に比べて悪く、かつ均
一な膜厚を得るの難しいという欠点を持っていた。

［発明が解決しようとする課題］従来のカラーフィルタの染色法による形成方法では上述
したような塗布、Ｂ光、現像、染色などの工程を色数に
応じて何度も繰り返さなければならず、また工程が複雑
であり、コストもかさんでしまうといった問題点があっ
た。

また、液晶カラーデイスプレーなどの大型基板を用いる
場合には、上記の問題点に加え、基板サイズが大きくな
るにつれて基板上にカラーフィルタ材料の薄膜を均一な
膜厚でムラなく全面にわたって形成することが困難にな
るといった問題点があった。

この発明は、このような問題点を解決するためになされ
たもので、少ない工程数でカラーフィルタを形成でき、
製造コストを低減できるとともに、基板のサイズや形状
によらず、均一な膜厚を全面に形成できるカラーフィル
タの形成方法を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］この発明に係るカラーフィルタの形成方法は、カラーフ
ィルタ材料の液滴を基板上あるいは素子上に吹き付けて
微細なカラーフィルタを形成するものである。

また、この発明に係るカラーフィルタの形成方法は、基
板上あるいは素子上にカラーフィルタ材料とは逆の親媒
性材料で堤をあらかじめ形成し、その堤の中にカラーフ
ィルタ材料の液滴を個別に注入してカラーフィルタを形
成するものである。

さらに、この発明に係るカラーフィルタの形成方法は、
基板上あるいは素子上にカラーフィルタ材料の液滴を吹
き付けてカラーフィルタを形成した後、その上部に保護
膜材料の液滴を吹き付けて保護膜を形成するものである
。

［作　用コこの発明においては、液滴状のカラーフィルタ材料が基
板上あるいは素子上の、カラーフィルタが形成されるべ
き位置に直接、個別に吹き付けられ、基板に衝突したカ
ラーフィルタ材料の液滴が変形し、カラーフィルタ膜を
形成する。

また、この発明では、基板あるいは素子上の、カラーフ
ィルタ膜が形成されるべき領域の周囲に形成されたカラ
ーフィルタ材料とは逆の親媒性を有する堤によりカラー
フィルタ材料の液滴が吹き付けられて衝突した際にカラ
ーフィルタ材料が隣接する画素などの部分へあふれ出す
のを防止する。

さらに、この発明では、上述のようにして形成されたカ
ラーフィルタ股上に、さらに保護膜材料の液滴が吹き付
けられ、これが衝突、変形して保護膜を形成する。

［実施例］以下、この発明の一実施例を図について説明する。

第１図（ａ）はこの発明によりカラーフィルタを形成す
る際に使用される、カラーフィルタ材料の液滴を吹き付
ける吐出ヘッドを示す概略断面図であり、そして第１図
（ｂ）は第１図（ａ）中のＡ部を部分的に拡大した断面
図である。第１図において、符号１〜８は従来例で説明
したものと同一であるので、ここでは説明を省略する。

なお、カラーフィルタ膜を形成する対象としてシリコン
ウェハなどの基板１を例にとって説明するが、固体撮像
素子チップなどの素子であっても同様に形成できること
に注目されたい。

４０は基板１または素子に対向しで配置された吐出ヘッ
ドであり、移動機構く図示しない）により基板１表面に
沿って２次元的に移動するとともに、その先端と基板１
の距離が調整される。基板１上には要素２〜８からなる
固体撮像装置が既に形成されている。４１は吐出ヘッド
４０のノズルでありこのノズル４１からカラーフィルタ
材料の液滴が吐出される。ここではカラーフィルタ材料
としてレッドフィルタ溶液５１の例を取り上げており、
このレッドフィルタ溶液５１は吐出ヘッド４０上部のイ
ンクだめ４４内に収納されている。このインクだめ４４
はインク室４２につながっており、インク室４２内はレ
ッドフィルタ溶液５１で満たされている。なお、インク
室４２は上述したノズル４１にもつながっている。

インク室４２の背部には電歪素子４３が配置されており
、これらインク室４２および電歪素子４３の周囲をケー
ス４５が取り囲んでいる。電歪素子４３は引き出された
端子４３ａ、４３ｂに所定の電圧がパルス状で印加され
ることにより変形し、インク室４２の容積を一時的に縮
小する。これによりインク室４２内の圧力が上昇し、ノ
ズル４１よりレッドフィルタ溶液５１の微小な液滴５１
ａが吐出される。吐出されたレッドフィルタ液滴５１ａ
は基板１上の所望の位置、ここではフォトダイオード２
上の位置に衝突し、変形してレッドフィルタ膜５１ｂを
形成する。

以上のステップで１画素分のレッドフィルタ膜５１ｂが
形成されるが、この後、吐出ヘッド４０は所定量移動し
て次の画素上にレッドフィルタ液滴５１ａを吐出する。

次に、以上説明した方法により原色系のＲ（：Ｂ（レッ
ド、グリーン、ブルー）カラーフィルタを基板１上に形
成する例について説明する。

第２図（ａ）〜（ｃｌ）は、固体撮像装置が形成された
基板１上にカラーフィルタ膜を形成する一実施例を説明
するための概略断面図である。第２図（ａ）は従来の技
術の項で説明したのと同様に、要素２〜８からなる固体
撮像装置が形成された基板１もしくは素子を示す。フォ
トダイオード２上で＾３戸遮光膜８は開口されており、
この部分が光の入射領域すなわち画素となっている。

第２図（ｂ）に示すようにこの画素に対向して吐出ヘッ
ド４０のノズル４１が位置合せされ、先に説明したよう
に端子４３ａ、４３ｂ間にパルス状の電圧が印加される
ことによりレッドフィルタ液滴５１ａが吐出され、＾炉
遮光膜８は開口部に衝突、変形、１画素分のレッドフィ
ルタ膜５１ｂが形成される。この後、図示したように矢
印の方向に吐出ヘッド４０は３画素移動し、ここでまた
次のレッドフィルタ液滴５１ａが吐出され、レッドフィ
ルタ膜５１ｂが形成される１以上の動作を必要分だけ繰
り返すと、基板１の画素上に第１色目のレッドフィルタ
膜５１ｂが形成される。この後、必要に応じて適当な熱
処理を施すことによりレッドフィルタ膜５１ｂの溶媒成
分を揮発させ、レッドフィルタ膜５１ｂを安定させる。

続いて第２図（ｃ）に示すように、第２のカラフィルタ
溶液であるグリーンフィルタ溶液５２を充填した別の吐
出ヘッド４０により上述した場合と同様にしてグリーン
フィルタ膜５２ｂをレッドフィルタ膜５１ｂに隣接した
画素上に順次形成していく。

その後、必要に応じて熱処理を施した後、ブルーフィル
タ溶液を充填したさらに別の吐出ヘッドにより、上述し
た工程を繰り返し第２図（ｄ）に示すブルーフィルタ膜
５３ｂが形成され、もってＲＣＢ　３色の原色カラーフ
ィルタが形成される。

以上の実施例の説明ではカラーフィルタの材料として特
に述べなかったが、従来の技術で説明したのと同様にゼ
ラチンなどの水溶性材料に染料を混合した親水性の材料
や、顔料粒子を高分子材料中に分散させて有機溶媒で溶
液状にした疎水性の材料など、いずれも利用可能である
。

例えば低粘度のカラーフィルタ材料を用いた場合を考え
ると、ノズル４１からの吐出時の液滴の速度あるいは大
きさによっては、基板１の画素上に液滴が衝突した際に
、カラーフィルタ溶液が必要以上に拡がって隣接する画
素上にまで飛び込むことがあり得る。これを防止するた
め、この発明の他の実施例では、画素間の領域上にカラ
ーフィルタ材料とは逆の親媒性の材料で作られた堤を形
成し、画素部を囲うようにしておき、その堤内部の領域
にカラーフィルタ材料の液滴を吹き付けるようにした。

以上、第３図（ａ）〜（ｄ）の概略断面図を用いてこの
発明の他の実施例を説明する。

第３図（ａ）では、第２図（ａ）に示した＾ｉ戸遮光膜
８上に疎水性の高分子材料からなる堤または囲い５０が
フォトダイオード２の周囲に形成されている。このよう
な材料としては例えばＰＧＭ＾（ポリグリシジルアクリ
レート）やＰＭＭ＾（ポリメチルメタクリレ−）−）な
どの合成樹脂がある。このような疎水性材料から成る堤
５０をあらかじめ写真製版技術やスクリーン印刷技術な
どを用いて形成しておき、第２図について説明したのと
同様に第３図（ｂ）に示すように吐出ヘッド４０よりヘ
ッドフィルタ液滴を吐出し、レッドフィルタ膜５１ｂを
形成する。ここではレッドフィルタ溶液５１は水溶性の
材料を想定している。１画素分のレッドフィルタ膜５１
ｂを吐出形成した後、所定のピッチだけ吐出ヘッド４０
を移動させ、所定量のレッドフィルタ膜５１ｂを形成す
る。その後必要に応じて熱処理を施し、レッドフィルタ
膜５１ｂを安定させる。

続いて第３図（ｅ）に示すように上述の場合と同様に２
色目のグリーンフィルタ溶液５２により、グリーンフィ
ルタ膜５２ｂを形成する。その後、上述したのと同様の
工程を繰り返し、第３図（ｄ）に示すようにレッド、グ
リーン、ブルーの原色系フィルタがそれぞれ堤５０内に
収まった状態で形成される。

以上の実施例の説明では３色構成の原色系のカラーフィ
ルタの形成例を説明したが、イエロシアン、マゼンタ、
グリーンなどの色を用いた補色系のカラーフィルタの形
成にもこの発明の形成方法を適用できることは言うまで
もない。

また、上記実施例ではレッド、グリーン、ブルー順でカ
ラーフィルタを形成する例を説明したが、形成順序はこ
れに限られるものではなく、任意である。

次にこの発明の更に他の実施例について第４図（、）、
（ｂ）および第５図（ａ）、（ｂ）の概略断面図を用い
て説明する。

すでに第２図（ａ）〜（ｄ）および第３図（ａ）〜（ｄ
）について説明した方法で形成されたカラーフィルタ膜
はそれ自体機能的には問題はないが、カラーフィルタ膜
の材料によっては機能的強度が低い（傷がつきやすいな
ど）、外気と反応して変質するといった場合がある。そ
こでこういった弱い材料を用いた場合の対策として、カ
ラーフィルタ膜上に保護膜が必要になることがある。

第４図（ａ）および第５図（ａ）は構造的には堤５０の
有無が違うだけであるので、以下では両者をまとめて説
明する。レッド、グリーン、ブルーの３色のカラーフィ
ルタ膜５１ｂ、５２ｂ、５３ｂが形成された後に、両国
の（ａ）で示すように吐出ヘッド４０より、先に説明し
たＰＧＭ＾やＰＨ８八などの透明樹脂材料から成る保護
膜溶液５４の液滴５４ｍを吹き付ける。カラーフィルタ
膜上に衝突した保護膜液滴５４ａは変形し、カラーフィ
ルタ膜上に保護膜５４ｂを形成する。

各色のカラーフィルタ膜上にステップ・パイ・ステップ
保護膜５４ｂを形成することにより、第４図（ｂ）およ
び第５図（ｂ）に示すようなカラーフィルタが形成され
る。

以上の実施例では基板としてはシリコンウェハを取り上
げ、その上に形成された固体撮像装置上にカラーフィル
タを形成する例を説明したが、この発明の形成方法は薄
膜トランジスター液晶（ＴＦＴＬＣＤ）デイスプレィや
ＳＴＮ方式の液晶デイスプレィなどの液晶デイスプレィ
装置のカラーフィルタの形成にも使用可能であることは
言うまでもないまた、実施例では基板に沿って吐出ヘッ
ド４０を動かす例を示したが、逆に吐出ヘッドの位置を
固定し、基板の方を移動させるようにしてもよい。

また、保護膜を１画素ずつ形成する例を示したが、この
場合複数の画素上を一度におおうように大型の液滴を吐
出ヘッドのノズルより吐出し、広い領域上に保護膜を形
成するようにしてもよい。

また、基板はシリコンウェハに限られるものではなく、
ガラス基板１五英基板など他の基板であってもよい。

［発明の効果］以上、詳しく説明したように、この発明は、カラーフィ
ルタの構成要素の個々の色毎にそれぞれの液滴を画素上
に吹き付けてカラーフィルタを形成するので、色分離の
ための中間膜を形成する必要がなく従って工程が簡略化
できかつコストも上らず、また基板のサイズや形状にも
制限されることなく均一なカラーフィルタを形成するこ
とができるという効果を奏する。

また、この発明は、画素を囲むようにカラーフィルタ材
料とは逆の親媒性の材料で堤を形成し、カラーフィルタ
の液滴を注入するようにしたので、カラーフィルタ材料
が隣接する画素へはみ出すことがなく、精度の高いカラ
ーフィルタが得られるという効果を奏する。

さらに、この発明は、カラーフィルタ膜上に保護膜を形
成するようにしたので、カラーフィルタの強度と安定性
を高めることができという効果も奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明によりカラーフィルタを形成する際に
使用される吐出ヘッドを示す概略断面図、第２図はこの
発明の一実施例によるカラーフィルタの形成方法を説明
する概略断面図、第３図はこの発明の他の実施例による
カラーフィルタの形成方法を説明する概略断面図、第４
図および第５図はこの発明の更に他の実施例によるカラ
ーフィルタの形成方法を説明する概略断面図、第６図は
従来のカラーフィルタを持つＣＣＤイメージセンサを示
す断面図、第７図は従来のカラーフィルタの形成方法を
工程順に説明する概略断面図である。図において、１は基板、２はフォトダイオード、５０は
堤、５１ａはレッドフィルタ溶液、５１ｂはレッドフィ
ルタ膜、５２ｂはグリーンフィルタ膜、５３ｂはブルー
フィルタ膜、５４ａは保Ｍ膜液滴、５４ｂは保護膜であ
る。なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。代　　理　　人　　　　　曾　　我　　道　　照菓図（（３）５ｊこし・ノドフィルタシ史）肖第２図（（３）７′ｒ２図（ｂ）５Ｔ。し・ソドフィルタ族ｌ第２図ｆｃ）４２図（ｄ）舅図（（３）５０：ｊＬオシ図（１））第３図（Ｃ）（ｄ）第４図（（３）カ４０（ｂ）第５図ｔｏ＋５Ｉｉ７ｒ−５印（ｊ））゛）第図第７図（○）７Ｔ７図（Ｃ）第７図Ｆｄ１７Ｖ７図（ｅ）内−７０（ｆ）手続補正書１゜事件の表示平成２年特許願第２４１２６７号住　所　　　東京都千代田区丸の内二丁目２番３号名　
称（６０１）三菱電機株式会社代表者　志岐守哉４゜代理人住所東京都千代田区丸の内３丁目１番１号国際ビルディング８階補正の対象（１）明細書の発明の詳細な説明の欄６、補正の内容（１）　　明細書中の下記の箇所における’　Ａ　ｆ　
Ｚ光膜８Ｊの記載を「遮光膜８」と補正する。第３頁　　第１２行第４頁　　第３行、第７行第１２頁　第１７行〜第１８行第１５頁　第４行〜第５行（２）　　明細書第５頁第１２の［アンフィルタＪの記
載を「シアンフィルタコと補正する。（３）　　明細書第５頁第９行の「などの上に不要なＪ
の記載を「などの上の不要な」と補正する。（４）明細書第５頁第１２行の「天然分子材ｆ’ｌ　Ｊ
の記載を「天然高分子材料」と補正する。（５）　　明細書第７頁第６行の「ミクロンオーダー厚
み」の記載を「ミクロンオーダーの厚み」と補正する。（６）　　明細書第７頁第９行の「円形」の記載の前へ
「π板１の形状が」を挿入する。（７）　　明１１ｊＩ書第１３頁第４行の「Ａ濾遮光膜
８は開口部」の記載を「遮光膜８の開口部」と補正する
。（８）　　明細書第１３頁第７行の「３画素移動し、」
の記載を「例えば３画素分の距離を移動し、」と補正す
る。＜９）　　明細書第１５頁第１３行〜第１４行の「ヘッ
ドフィルタ液滴」の記載を　「レッドフィルタ液滴」と
補正する。（１（３）明細書第１５頁第１８行の「所定量Ｊの記載
を「所定数」と補正する。（１１）明細書第１７頁第３行の「機能的強度」の記載
を「機械的強度」と補正する。（１２）明細書第１７頁第１７行〜第１８行の「ステッ
プ・パイ・ステップ」の記載を「順次Ｊと補正する。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）カラーフィルタが形成されるべき基板あるいは素
子にカラーフィルタ材料の液滴を吹き付ける工程を含む
ことを特徴とするカラーフィルタの形成方法。
（２）カラーフィルタが形成されるべき基板あるいは素
子上の、前記カラーフィルタの各構成要素が配置される
べき各位置を囲みかつカラーフィルタ材料とは逆の親媒
性を有する材料で作られた堤を形成しておく工程と、前
記堤内に前記カラーフィルタ材料の液滴を個別に注入す
ることにより前記カラーフィルタの各構成要素を形成す
る工程とを含むことを特徴とするカラーフィルタの形成
方法。
（３）カラーフィルタが形成されるべき基板あるいは素
子上にカラーフィルタ材料の液滴を吹き付けてカラーフ
ィルタパターンを形成する工程と、その後、前記カラー
フィルタパターン上に保護膜材料の液滴を個別に或は同
時に吹き付けて保護膜を形成する工程とを含むことを特
徴とするカラーフィルタの形成方法。