DE4030224C1 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Farbfilters nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1, insbesondere auf ein Verfahren zur Herstellung eines Farbfil­ ters, der mit einer Kondensorlinse zur Erhöhung der Empfind­ lichkeit versehen ist.

Aufgrund der ständig wachsenden Nachfrage nach Video-Kameras für den Hausgebrauch, wird in neuerer Zeit immer mehr verlangt, daß die Video-Kamera in ihren Abmessungen kleiner und leichter im Gewicht wird. Als Aufnahmeeinrichtung für eine Video-Kamera ist daher das konventionelle Aufnahmerohr durch Festkörper- Bildsensoren ersetzt worden.Bei einer ladungsgekoppelten Schal­ tung oder bei einem Festkörper-Bildsensor vom Metalloxid-Halb­ leitertyp, bei dem die Halbleitertechnik mit hohem Integra­ tionsgrad vorgesehen wird, kann die Neigung zu einer Farbum­ wandlung beschleunigt und die Auflösung gemäß des technischen Weiterentwickelns der Halbleitertechnik mit hohem Integrations­ grad schnell gesteigert werden.

Man hat schon einen Festkörper-Farbbildsensor hergestellt, da­ durch, daß man einen Farbfilter dem Bereich der Fotozellenanord­ nung in der Form einer Matrix zugeordnet hat. Der Farbfilter besitzt dabei mindestens drei Farbmustergruppen, die voneinan­ der abweichende Auflösungseigenschaften haben. Im Fall der Kom­ bination der drei Primärfarben besitzt der Farbfilter rot-, blau- und grünfarbige Muster und im Fall der Kombination von Komplementärfarben hat er Farbmustergruppen von cyan, gelb und magenta. Um den Farbfilter auf dem Fotozellen-Anordnungsbereich des Festkörper-Bildsensors herzustellen, müssen daher Verfah­ rensschritte des Aufbringens einer lichtempfindlichen Schicht, der Belichtung, der Entwicklung, des Färbens und des Verhin­ derns einer Farbmischung, mindestens dreimal ausgeführt werden. Entsprechend besitzt der Farbfilter dann einen Aufbau, bei dem mehrere Schichten laminatartig übereinanderliegen, so daß er sehr dick wird. Bei einem solchen dicken Farbfilter ist daher die Menge des transmittierten und eventuell in der Fotozellen­ anordnung ankommenden Lichtes vermindert, so daß dadurch auch die Sensitivität des Festkörper-Bildsensors erniedrigt wird.

Um das Problem einer verminderten Lichtübertragung aufgrund der Dicke des Farbfilters zu verkleinern, schlägt die japanische offengelegte Anmeldung Nr. 61-1 99 659 bereits eine Methode vor, die Sensitivität durch Fokussierung des Lichtes auf jeder Foto­ zelle zu erhöhen, nachdem eine Kondensorlinsen-Anordnung auf einer Fläche des Farbfilters gebildet ist, die sich mit der Fo­ tozellenanordnung überlappt. Ein solches System ist aber rela­ tiv kompliziert in seinem Aufbau.

Ein Verfahren zur Herstellung von Mehrfarbenfiltern für Fest­ körper-Bildsensoren, bei denen von einer Zwischenschicht ge­ trennt zwei übereinanderliegende, verschiedenfarbige, sich teilweise überlappende Farbfiltermuster gebildet sind, ist in der Zeitschrift J. Inf. Rec. Mater. 16 (1988), Seiten 33 bis 41, beschrieben. Kondensorlinsen sind dort nicht vorgesehen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines Farbfilters vorzusehen, bei dem die Quan­ tität des transmittierten Lichtes erhöht ist.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Patentanspruch 1 gelöst. Mit diesem Verfahren läßt sich die Sensitivität eines Festkörper-Bildsensors erhöhen. Es vereinfacht die Farbfilter­ herstellung und erfordert nur einen geringen Materialverbrauch.

Wenn ein Halbleitersubstrat als Festkörper-Bildsensor verwendet wird, dann wird vor dem Beschichten mit der lichtempfindlichen Schicht als erstes ein Verfahrensschritt zum Einebnen der Ober­ fläche vorgenommen. Man erhält hierbei durch Schichtdickenkon­ trolle der planarisierenden Schicht ein Optimum für die Fokus­ sierung.

Wenn die Kondensorlinse aus Gelatine oder Caseinharz gemacht wird, kann Gerbsäure (Tannin) als Oberflächenbehandlungsmaterial verwendet werden.

Gemäß der vorliegenden Erfindung können die konventionellen und zur Verhinderung einer Farbmischung dienenden Zwischenschichten entfernt werden, so daß dadurch die Gesamtdicke des Farbfilters kleiner wird.

Diese und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden bei der Betrachtung der folgenden Beschreibung von be­ vorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Zeichnungen gezeigt sind, mehr deutlich werden. Es zeigen:

Fig. 1A bis Fig. 1N ein Verfahren zur Herstellung eines konventionellen Farbfilters und die

Fig. 2a bis Fig. 2D ein Verfahren zur Herstellung eines Farbfilters gemäß der vorliegenden Erfindung.

Ehe die bevorzugte Ausführungsform gemäß der Erfindung erläu­ tert wird, soll zunächst ein Verfahren zur Herstellung eines konventionellen Farbfilters unter Bezugnahme auf die Fig. 1A bis 1E erläutert werden.

In der Fig. 1A kennzeichnet das Bezugszeichen (1) ein Halblei­ tersubstrat eines Festkörper-Bildsensors, der Vorsprünge und Ausnehmungen in seinem oberen Teil besitzt. Das Halbleitersub­ strat (1) ist ein Teil eines Fotozellen-Anordnungsbereiches und besitzt Fotozellen (1a, 1b und 1c) in den jeweiligen Ausnehmun­ gen. Die Fotozellen (1a, 1b, 1c) sind Fotodioden, die im Halb­ leitersubstrat (1) ausgebildet sind. In den Vorsprüngen des Halbleitersubstrats (1) ist eine Isolierschicht und eine Leit­ schicht für die Verdrahtung gebildet. An der oberen Fläche des Halbleitersubstrates (1), an der die vorspringenden und ausge­ nommenen Teile gebildet sind, ist eine planarisierende Schicht (2) durch Beschichtung mit einem organischen hochpolymeren Ma­ terial, wie z. B. Polyimid, aufgebracht und dann wird eine Schutzschicht (3), die einen Färbewiderstand hat, zum Schutz einer nicht gezeigten Bondinsel aufgebracht. Die Schutzschicht (3) verhindert, daß die Bondinsel während der später noch er­ läuterten Bildung des Farbmusters korrodiert.

In der Fig. 1B ist auf die Oberfläche der Schutzschicht (3) ein fotosensitives Harz, wie beispielsweise Gelatine oder Casein, das ein Dichromat enthält, aufgebracht und dann wird ein erstes Farbmuster (4) durch Belichtung und Entwicklung vorbestimmter Teile der Schicht (3), die belassen werden sollen, mit Hilfe eines fotolithographischen Vorganges ausgebildet. Danach wird ein Material, das eine Farbmischung verhindert, wie z. B. Poly­ glicidyl Methacrylate auf der Oberfläche der entstehenden Struktur, in der das erste Farbmuster (4) gebildet ist, aufgebracht. Durch den Verfahrensschritt, der in der Fig. 1B gezeigt ist, wird die erste Farbmusterschicht (4) auf der Schutzschicht (3) so angeordnet, daß sie oberhalb der Fotozelle (1a) liegt.

Wenn das Verfahren der Fig. 1B zweimal nacheinander im Hinblick auf die Fotozellen (1b und 1c) wiederholt wird, werden nachein­ ander eine zweite Farbmusterschicht (6), eine Zwischenschicht (7), eine dritte Farbmusterschicht (8) und eine Zwischenschicht (9) gebildet, wie das in den Fig. 1C und 1D gezeigt ist.

In der Fig. 1E ist auf der Oberfläche der resultierenden Struk­ tur, bei der die erste, zweite und dritte Farbmusterschicht (4, 6 und 8), und die Zwischenschichten (5, 7 und 9) durch die oben genannten Verfahrensschritte gebildet sind, durch Beschichten mit Materialien, wie beispielsweise Polyglicidyl Methacrylat von einer bestimmten Dicke, eine Fokus-Kontrollschicht (10) ge­ bildet. Danach wird ein transparentes Harzmaterial, wie bei­ spielsweise Acrylharz, auf die Fokus-Kontrollschicht (10) auf­ gebracht, so in ihrem Muster ausgebildet, daß sie sich mit den Fotozellen bei der Durchführung des fotolithographischen Vor­ ganges überlappt, dann mit einer vorbestimmten Temperatur bis zum Aufschmelzen beheizt und dann vorgehärtet. Auf diese Weise kann eine Kondensorlinse mit einem vorbestimmten Krümmungsradi­ us erhalten werden (siehe hierzu die japanische Offenlegungs­ schrift 60-60 757).

Wie in den Fig. 1A bis 1E gezeigt, erhält die gesamte Struktur des Farbfilters, der auf dem Festkörper-Bildsensor angebracht wird, wegen der mindestens drei Zwischenschichten zur Verhinde­ rung der Farbmischung eine ziemliche Dicke, die etwa bei 10 bis 12 µm liegt. Der zu der Fotozelle führende optische Weg ist da­ her kompliziert und die Empfindlichkeit ist wegen der Reduktion der Lichtübertragung vermindert.

Da außerdem viele Verfahrensschritte zur Herstellung des Farb­ filters notwendig sind und eine Vielzahl von Zwischenschichten gebildet werden muß, ergeben sich solche Probleme, daß die Wirksamkeit im Betrieb erniedrigt wird und Materialverlust auf­ tritt.

Als nächstes wird eine besondere Ausführungsform der Erfindung anhand der Fig. 2A bis 2D erläutert.

Die Fig. 2A zeigt den Vorgang zur Bildung einer planarisierenden Schicht (2), die zum Aufbringen eines Farbfilters auf dem Foto­ zellen-Anordnungsbereich des Festkörper-Bildsensors dient, auf der Oberfläche des Halbleitersubstrates mit einem organischen hochpolymeren Polyimid in einer solchen Weise, daß die Dicke der planarisierenden Schicht eingestellt wird, um das einfal­ lende Licht auf die Fotozellen (1a, 1b, 1c) fokussieren zu können.

Die Fig. 2B zeigt den Vorgang zur Bildung der Kondensorlinse auf der planarisierenden Schicht (2). Ein fotosensitives Harz, das als Hauptbestandteil Gelatine oder Casein-Harz enthält, wird auf der Oberfläche der planarisierenden Schicht aufgebracht und dann belichtet und entwickelt, um ein vorbestimmtes Muster in der Lage zu ergeben, die sich mit der Fotozelle (1a) über­ lappt. Danach wird das resultierende Muster einem Aufschmelz­ vorgang unterworfen und vorgehärtet, so daß dadurch eine Kon­ densorlinse (12a) entsteht, die einen vorbestimmten Krümmungs­ radius aufweist.

Die Kondensorlinse (12a) wird dann mit einem Färbemittel ge­ färbt, das vorbestimmte Farbauflösungseigenschaften hat und an der Oberfläche mit einem Oberflächenbehandlungsmaterial, bei­ spielsweise Gerbsäure, behandelt. Dabei wird die Behandlung der Oberfläche etwa 1 bis 10 Minuten lang bei einer Temperatur von 20° bis 60° durchgeführt. Durch diese Oberflächenbehandlung ist die Kondensorlinse gegenüber einer Farbmischung bei den nach­ folgenden Färbevorgängen geschützt.

In den Fig. 2C bis 2D wird eine zweite Kondensorlinse (12b), die sich mit der zweiten Fotozelle (1b) überlappt und eine dritte Kondensorlinse (12c) gebildet, die sich mit der dritten Fotozelle überlappt, und zwar nacheinander durch ähnliche Ver­ fahren, wie sie für die erste Kondensorlinse (12a) vorgenommen worden sind.

Wie oben beschrieben, werden daher nach der vorliegenden Erfin­ dung die Kondensorlinsen (12a, 12b, 12c) direkt auf der plana­ risierenden Schicht gebildet, gefärbt und für die nachfolgenden Vorgänge oberflächenbehandelt, und zwar ohne daß die Farbmuster­ schichten und die Zwischenschichten zur Verhinderung einer Farbmischung verwendet werden, die für den konventionellen Farbfilter wichtig waren. Dadurch kann die Gesamtdicke des Farbfilters, der durch das vorliegende Verfahren gebildet wird, bis auf 4 bis 5 µm reduziert werden.

Da die Dicke des Farbfilters reduziert werden kann, außerdem aber auch der Aufbau der Schichten vereinfacht wird, wird die Lichtübertragung und die Sensitivität der Fotozellen verbessert und der erforderliche Materialaufwand reduziert.

Claims (7)

1. Verfahren zur Herstellung eines Farbfilters, bei dem:

• a) ein Schichtträger (1) mit einer lichtempfindlichen Schicht beschichtet wird,
• b) ein vorbestimmtes Muster der lichtempfindlichen Schicht durch Belichtung und Entwicklung erzeugt wird, und
• c) die auf dem Schichtträger verbliebenen Bereiche eingefärbt werden,

wobei diese Verfahrensschritte mindestens zweimal mit unter­ schiedlichen Mustern und unterschiedlicher Einfärbung wieder­ holt werden, um ein mindestens dreifarbiges Muster zu bilden, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils nach dem Entwickeln auf dem Schichtträger verbliebenen Bereiche zur Bildung von Konden­ sorlinsen (12a, 12b, 12c) vorbestimmter Form erwärmt und vorge­ härtet werden und daß jeweils nach dem Schritt c) eine Oberflä­ chenbehandlung stattfindet, um ein Vermischen der Farben im weiteren Verfahrensablauf zu verhindern.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtempfindliche Schicht Gelatine oder Casein als Hauptbe­ standteil aufweist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß zur Oberflächenbehandlung Gerbsäure verwendet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Schichtträger (1) ein Festkörper-Bildsen­ sor mit einer Fotozellenanordnung ist und daß die Schichtträger­ oberfläche durch Bildung einer planarisierenden Schicht (2) vor dem erstmaligen Beschichten mit der lichtempfindlichen Schicht dadurch eingeebnet wird, daß ein organisches hochpolymeres Ma­ terial aus der Polyimid-Gruppe auf dem Fotozellen-Anordnungsbe­ reich des Festkörper-Bildsensors unter gleichzeitiger Kontrolle der Dicke der Schicht aufgebracht wird, um so eine Fokussierung des einfallenden Lichtes auf die Fotozelle zu erlauben.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß jede von mindestens drei Kondensorlinsen mit einer der Farben rot, blau und grün gefärbt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß jede von mindestens drei Kondensorlinsen mit einer der Farben cyan, gelb oder magenta gefärbt wird.