DE69119181T2

DE69119181T2 - Verfahren zur Herstellung eines Filters

Info

Publication number: DE69119181T2
Application number: DE69119181T
Authority: DE
Inventors: Carl A Chiulli; Stephen F Clark; Christopher R Needham
Original assignee: Polaroid Corp
Current assignee: Polaroid Corp
Priority date: 1990-10-10
Filing date: 1991-07-19
Publication date: 1996-08-14
Anticipated expiration: 2011-07-20
Also published as: US5059500A; EP0481539A1; DE69119181D1; JPH04234706A; EP0481539B1; CA2045249A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erzeugung eines Filters, das zur Anwendung bei der Erzeugung einer Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung gedacht ist. Die Erfindung ist insbesondere auf ein Verfahren zur Erzeugung von Farbfiltern gerichtet.
Zur Erzeugung einer Farbbildaufzeichnung mit Festkörper-Bildaufnahmevorrichtungen, wie ladungsgekoppelten Vorrichtungen, werden optische Filter in Form eines Mehrfarbenstreifens oder -mosaiks eingesetzt; in vielen Fällen werden diese Filter direkt auf der lichtempfindlichen Oberfläche der Festkörper- Bildaufnahmevorrichtung erzeugt. Solche Filter sind normalerweise mit zwei oder drei verschiedene Farben aufweisenden Elementen ausgestattet (der Ausdruck "Farbe aufweisend" bedeutet hier "für elektromagnetische Strahlung einer bestimmten Wellenlängen durchlässig", und bezieht sich nicht notwendigerweise auf sichtbare Strahlung. Daher kann ein erfindungsgemäßes Dreifarbenfilter drei unterschiedliche Wellenlängen des UV-Lichtbereichs durchlassen, die alle nicht vom menschlichen Auge wahrgenommen werden können). Zum Beispiel kann ein Zweitarbenfilter gelbe und blaugrüne Elemente aufweisen, die teilweise überlappen, wobei im Überlappungsbereich letzt endlich ein grünes Element erzeugt wird. Ein Dreifarbenfilter hat typischerweise rote, grüne und blaue oder blaugrüne, gelbe und purpurne Elemente.
Im Stand der Technik ist eine Reihe von Verfahren zur Herstellung solcher Filter beschrieben. Zum Beispiel beschreibt die US-A-4 239 842 ein Verfahren zur Erzeugung einer Farbfilteranordnung, bei dem auf eine Halbleiterschicht, z.B. auf eine ladungsgekoppelte Vorrichtung, nacheinander eine Grundierschicht, ein polymeres Beizmittel und ein Photoresist aufgebracht werden. Die Photoresist-Schicht wird belichtet und entwickelt, wodurch eine Maske gebildet wird, worauf durch die Löcher in der Photoresist-Schicht thermisch Farbstoff in das polymere Beizmittel übertragen wird. Schließlich wird der Photoresist entfernt.
Die US-A-4 565 756 beschreibt ein Farbfilter, das erzeugt wird, indem eine durchsichtige Schicht auf ein Substrat gelegt, durch Photolithographie ein durch Trennregionen (Furchen oder farbstoffundurchlässige Bereiche) in der durchsichtigen Schicht getrenntes Muster aus Filterelementen gebildet, eine Sperrschicht über die durchsichtige Schicht gelegt, durch Photolithographie ein Lochmuster in der Sperrschicht erzeugt, wobei dieses Lochmuster der Position eines ersten Filterelementsystems entspricht, das erste Filterelementsystem durch diese Öffnungen gefärbt und schließlich die Sperrschicht entfernt wird. Die Erzeugung der Sperrschicht und die folgenden Verfahrensschritte werden dann für andere Farben wiederholt.
Es wurde auch eine Vielzahl von Techniken zur Erzeugung der bei der Herstellung integrierter elektronischer Schaltungen und bei der Lithographie erforderlichen feinen Linien und anderen Bildelemente entwickelt. Zum Beispiel beschreibt die US-A-3 873 361 ein Verfahren zur Herstellung dünner Filme für integrierte Schaltungen durch Aufbringen von a) einer Photoresist-(Polymer)-Schicht, die ausgeheizt wird, um sie lichtunempfindlich zu machen; b) einer Metallschicht; c) einer zweiten Photoresistschicht, anschließende Belichtung und Entwicklung der zweiten Photoresistschicht, wodurch eine Maske erzeugt wird, Ätzung der freiliegenden Metallschicht durch diese Maske, Verwendung der so erzeugten Metallmaske zur Entfernung der freiliegenden polymeren Schicht, vorzugsweise durch Kathodenzerstäubungs-Ätzung, Aufbringen eines Metallfilms in Bereichen, in denen die untere polymere Schicht entfernt wurde und schließlich Entfernung der verbleibenden Teile der Metallschicht und der unteren polymeren Schicht durch herkömmliche Ablöseverfahren mit Lösungsmitteln.
Die US-A-4 428 796 beschreibt die Herstellung integrierter Schaltungen durch Beschichtung eines Siliciumsubstrats mit Schichten aus Polyimid-Material, Siliciumdioxid und positivem Photoresist. Der Photoresist wird belichtet und entwickelt. Das Siliciumdioxid wird durch Ätzung mit Plasma oder reaktiven Ionen dort weggeätzt, wo der Photoresist entfernt worden ist. Dann wird ein anderes Plasma verwendet, um das Polyimid dort zu ätzen, wo das Siliciumdioxid entfernt wurde. Ein gewünschtes (typischerweise elektrisch leitendes) Material wird auf das Substrat gelegt, so daß diskrete Teile des gewünschten Materials in den Löchern in der Polyimidschicht und auf der Siliciumdioxidschicht gebildet werden (die Photoresistschicht verschwindet während der zweiten Ätzung). Die verbleibenden Teile der Polyimidschicht, zusammen mit der darüberliegenden Siliciumdioxid- und der gewünschten Materialschicht werden dann durch Erwärmung, Behandlung mit Lösungsmittel und Ultraschallbehandlung entfernt.
Die US-A-4 891 303 beschreibt ein Verfahren zur Erzeugung eines Musters bei einem Werkstück mit einer integrierten Schaltung, bei dem eine erste Schicht aus organischem Material auf der Werkzeugoberfläche in einer genügenden Stärke erzeugt wird, um eine im wesentliche ebene äußere Oberfläche zu ermöglichen. Eine zweite Resistschicht auf Polysilanbasis wird auf die erste Schicht zentrifugiert. Eine dritte Rasterschicht wird auf der zweiten Schicht abgeschieden. Die Rasterschicht wird selektiv belichtet und nach Standardmethoden entwickelt. Das Muster in der Rasterschicht wird auf die Polysilanschicht übertragen, entweder durch Belichtung mit tiefem UV-Licht oder durch eine Ätzung mit reaktiven Ionen auf Fluorbasis (RIE) Anschließend folgt eine RIE-Ätzung auf Sauerstoffbasis, um das Muster auf die Oberfläche des Werkstücks zu übertragen.
Ähnliche Dreischicht-Photoresistsysteme sind bei O'Toole et al., "Multilevel resist for photolithography using an absorbing dye; simulation and experiment", The International Society for Optical Engineering (SPIE), Band 275, Semiconductor Microlithography VI (1981) (worin die Verwendung solcher Systeme bei der Herstellung integrierter Schaltungen erörtert wird) , bei Paraszczak et al., "Chemical and physical aspects of multilayer resist processing", SPIE, Band 920, Advances in Resist Technology and Processing V (1988); und bei Underhill et al., "Silicon oxynitride as a barrier layer in a 3-layer photoresist system", SPIE, Band 539, Adavances in Resist Technology and Processing II (1985) beschrieben.
Die JP-A-57-4012, veröffentlicht am 9. Januar 1982, beschreibt ein Verfahren zur Erzeugung eines Filters auf einem Substrat, welches umfaßt: die Bereitstellung einer Schicht eines gefärbten Absorbermaterials auf dem Substrat; die Bereitstellung einer Schicht eines Photoresistmaterials, die auf der Schicht aus Absorbermaterial liegt; die mustermäßige Belichtung der Schicht des Photoresistmaterials, und die Entwicklung der belichteten Schicht, um entweder die belichteten oder die nicht belichteten Bereiche davon zu entfernen. Die belichteten Teile der Absorberschicht werden durch Plasmaätzung geätzt, der Photoresist dann entfernt und eine zweite gefärbte Absorberschicht und eine Photoresistschicht aufgebracht und das Verfahren wiederholt.
Die EP-A-0 022 530 beschreibt ein Verfahren zur Erzeugung eines Farbfilters auf einer Halbleitervorrichtung, bei dem gefärbte Schichten geätzt werden, um die Filterelemente herzustellen. Um eine unerwünschte Ätzung des Substrats zu verhindern, wird eine schützende, ätzresistente Schicht eines Seltene-Erden-Oxids oder Scandiumoxids auf dem Substrat abgeschieden, bevor die erste gefärbte Schicht darauf aufgebracht wird. Nachdem die erste gefärbte Schicht geätzt worden ist, wodurch ein erster Satz von Filterelementen erzeugt wird, kann eine zweite Schutzschicht eines Seltene-Erden-Oxids oder Scandiumoxids über dem ersten Satz von Filterelementen aufgebracht werden, üm deren unerwünschte Ätzung während der Ätzung einer zweiten gefärbten Schicht zur Erzeugung eines zweiten Satzes von Filterelementen zu verhindern.
Die US-A-4 808 501 beschreibt ein Verfahren zur Erzeugung eines Farbfilters auf einer Unterlage, wie einer ladungsgekoppelten Vorrichtung, durch (a) Erzeugung einer Schicht mit einer Zusammensetzung, die einen positiven Photoresist und einen Farbstoff enthält, wobei der Farbstoff in dem Photoresist-Lösungsmittel löslich ist, auf einer Unterlage; (b) Belichtung vorbestimmter Teile der Schicht mit einer die Löslichkeit der Beschichtung in den belichteten Bereichen erhöhenden Strahlung; (c) Entwicklung der belichteten Bereiche zur Erzeugung eines Filterelementmusters und (d) Wiederholung dieser Schritte mit einem unterschiedlich gefärbten Farbstoff in der Zusammensetzung; worin der Farbstoff mehr als 10 Gew.- %, bezogen auf das Trockengewicht der Zusammensetzung, ausmacht, bei der Belichtungswellenlänge der Zusammensetzung praktisch nicht absorbiert, vorbestimmte Absorptionseigenschaften des bestimmten Filterelements erzeugt und praktisch die gleiche Polarität wie die Zusammensetzung aufweist
Das in der US-A-4 808 501 beschriebene Verfahren liefert hervorragende Ergebnisse. Das Verfahren setzt jedoch voraus, daß der Farbstoff bei der Bestrahlungswellenlänge der Zusammensetzung praktisch nicht absorbiert, wodurch Schwierigkeiten bei der Erzeugung eines Gelbfilterelements mit einigen handelsüblichen Photoresists entstehen. Viele handelsübliche Novolak-Photoresists sind auf die Belichtung mit der g-Linie einer Quecksilberdampflampe bei 436 nm ausgerichtet, und gelbe Farbstoffe neigen dazu, diese Linie stark zu absorbieren. Daher erfordern diese gelben Farbstoffe bei den sehr hohen Konzentrationen, die bei den Verfahren nach der US-A-4 808 501 erforderlich sind, sehr lange Belichtungszeiten, da durch die hohe Konzentration des gelben Farbstoffs in dem Photoresist ein großer Teil des zur Belichtung des Photoresists verwendeten 436 nm-Lichts äbsorbiert wird.
Die vorliegende Erfindung liefert ein Verfahren zur Erzeugung eines Filters auf einem Substrat, bei dem die Verwendung eines zum Einbau in eine Photoresistzusammensetzung geeigneten Farbstoffs nicht erforderlich ist, und das somit mit Farbstoffen angewendet werden kann, die stark bei der Belichtungswellenlange eines Photoresists absorbieren, oder die ein Novolak- Positivverfahren chemisch stören. Das vorliegende Verfahren kann allein zur Erzeugung von Mehrfarbenfiltern angewendet werden, oder es können Filterelemente einer Farbe nach dem vorliegenden Verfahren und anschließend Filterelemente einer oder mehrerer anderer Farben nach dem Verfahren der US-A-4 808 501 erzeugt werden. Das vorliegende Verfahren ist besonders brauchbar zur Erzeugung eines Filterelements direkt auf eine Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung, da keine für eine Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung schädlichen Bedingungen erforderlich sind. Mit der vorliegenden Erfindung können auch Filter hoher Qualität erzeugt werden, bei denen die Filterelemente prazise zu den lichtempfindlichen Elementen der Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung ausgerichtet sind und die Filterelemente unterschiedlicher Farben kaum oder gar nicht in unerwünschter Weise überlappen.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung eines Filters auf einem Substrat, welches [die folgenden Schritte] umfaßt:
die Erzeugung einer Schicht eines Absorbermaterials mit vorbestimmten Absorptions- und Transmissionseigenschaften auf dem Substrat;
die Erzeugung einer auf der Schicht des Absorbermaterials liegenden Schicht eines Photoresistmaterials;
die mustermäßige Belichtung der Schicht des Photoresistmaterials und die Entwicklung der belichteten Schicht, um deren belichtete oder unbelichtete Bereiche zu entfernen.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist gekennzeichnet durch:
die Erzeugung einer Schicht eines Sperrmaterials zwischen der Schicht des Absorbermaterials und der Schicht des Photoresistmaterials, wobei das Sperrmaterial gegenüber der Ätzung mit reaktiven Ionen bei den ersten Ätzbedingungen, einschließlich der Art des angewendeten Ätzmaterials empfindlicher als das Absorbermaterial ist, jedoch bei zweiten Ätzbedingungen, einschließlich der Art des angewendenten Ätzmaterials, bei denen das Absorbermaterial geätzt werden kann, resistent gegenüber der Ätzung mit reaktiven Ionen ist, so daß bei der Entwicklung des belichteten Photoresistmaterials die unter den entfernten Bereichen des Photoresistmaterials liegenden Bereiche der Sperrschicht freigelegt werden, wobei die verbleibenden Bereiche des Photoresistmaterials bei den ersten Ätzbedingungen resistent gegenüber der Ätzung mit reaktiven Ionen, jedoch bei den zweiten Ätzbedingungen empfindlich gegenüber der Ätzung mit reaktiven Ionen sind;
die Ätzung des beschichteten Substrats mit reaktiven Ionen bei den ersten Ätzbedingungen, wodurch die freigelegten Bereiche der Sperrschicht weggeätzt werden und ausgewählte Bereiche der Absorberschicht freigelegt werden, jedoch nicht die verbleibenden Bereiche des Photoresistmaterials und praktisch nicht die freigelegten Bereiche der Absorberschicht weggeätzt werden; und
die Ätzung des beschichteten Substrats mit reaktiven Ionen bei den zweiten Ätzbedingungen, wodurch die verbleibenden Bereiche der Photoresistschicht und die freigelegten Bereiche der Absorberschicht weggeätzt werden, wodurch auf dem Substrat ein Filter erzeugt wird.
Die Schritte des vorliegenden Verfahrens können ein oder mehrmals wiederholt werden, um ein Filter mit getrennten Bereichen mit mindestens zwei Farben zu erzeugen. Alternativ können Filterelemente einer Farbe (vorzugsweise gelb) nach dem vorliegenden Verfahren erzeugt werden, und die so erzeugten Filter können nach einem Verfahren behandelt werden, welches die [folgenden Schritte] umfaßt:
die Erzeugung einer Schicht einer Farbstoff-/Photoresist-Zusammensetzung, mit einem positiven Photoresist und einem zweiten Farbstoff auf dem Filter, wobei der zweite Farbstoff Absorptionseigenschaften aufweist, die sich von denen des Absorbermaterials unterscheiden, und in dem Lösungsmittel des positiven Photoresists löslich ist; und
die mustermäßige Belichtung der zweiten Farbstoff-/Photoresistschicht und die Entwicklung der belichteten Schicht mit einem Entwickler für den Photoresist, um die belichteten Bereiche der belichteten Schicht zu entfernen,
wobei der zweite Farbstoff mehr als 10 Gew.-% der zweiten Farbstoff-/Photoresist-Zusammensetzung ausmacht, bei der Belichtungswellenlänge der zweite Farbstoff- /Photoresist-Zusammensetzung praktisch nicht absorbiert und praktisch die gleiche Polarität wie die Zusammensetzung hat,
wodurch ein Filter erzeugt wird, das getrennte Bereiche mit mindestens zwei unterschiedlichen Farben aufweist.
Diese Verfahrensvariante, bei der eine erste Farbe durch den erfindungsgemäßen Ätzprozeß mit reaktiven Ionen abgeschieden wird, worauf ein oder mehrere andere Farbstoffe unterschiedlicher Farbe(n) nach dem in der vorstehend genannten US-A-4 808 501 angegebenen Verfahren abgeschieden werden, wird nachstehend als das erfindungsgemäße "Hybrid-Verfahren" bezeichnet.
Fig. 1A der beigefügten Zeichnungen zeigt einen schematischen Querschnitt einer Stufe eines bevorzugten erfindungsgemäßen Verfahrens nach der Abscheidung des Absorbermaterials, des Sperrmaterials und des Photoresistmaterials auf einem Substrat;
Fig. 1B zeigt einen Schnitt ähnlich wie in Fig. 1A, stellt jedoch das gleiche Verfahren nach Belichtung und Entwicklung des Photoresistmaterials dar;
Fig. 1C zeigt einen Schnitt ähnlich wie in Fig. 1A, stellt jedoch das gleiche Verfahren nach der ersten Ätzung mit reaktiven Ionen dar;
Fig. 1D ist ein Schnitt ähnlich wie in Fig. 1A, zeigt jedoch das gleiche Verfahren nach der zweiten Ätzung mit reaktiven Ionen, mit einem vollständigen auf dem Substrat erzeugten Einfarbenfilter;
Die Figuren 2A-2D zeigen jeweils Schnitte, die ähnlich sind wie die in den Figuren 1A-1D, jedoch bei einem Verfahren, wobei dem in Fig. 1D dargestellten Filter nach dem erfindungsgemäßen Ätzverfahren mit reaktiven Ionen eine zweite Farbe zugefügt wurde;
Fig. 3 zeigt einen Schnitt ähnlich wie den in Fig. 2D durch ein mit dem erfindungsgemäßen Ätzverfahren mit reaktiven Ionen erzeugten Dreifarbenfilter; und
die Fig. 4A und 4B zeigen jeweils Schnitte ähnlich wie die in den Fig. 2A und 2D für ein Verfahren, wobei dem in Fig. 1D dargestellten Filter nach dem erfindungsgemäßen Hybridverfahren eine zweite Farbe zugefügt wurde.
Wie bereits erwähnt, wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Filter auf einem Substrat erzeugt, indem auf dem Substrat aufeinanderfolgende Schichten eines Absorbermaterials, eines Sperrmaterials und eines Photoresistmaterials erzeugt werden; der Photoresist kann ein positiver oder negativer Photoresist sein. Der Photoresist wird mustermäßig belichtet und die belichtete Schicht entwickelt, um entweder die belichteten oder nicht belichteten Bereiche davon zu entfernen, wodurch die unter den entfernten Bereichen des Photoresistmaterials liegenden Bereiche der Sperrschicht freigelegt werden. Das Absorbermaterial, Sperrmaterial und der Photoresist werden so gewählt, daß das Absorbermaterial und die nach der Entwicklung verbleibenden Bereiche des Photoresists gegenüber der Ätzung mit reaktiven Ionen bei ersten Ätzbedingungen resistent sind, jedoch bei zweiten Ätzbedingungen empfindlich sind, wohingegen die Sperrschicht bei den ersten Ätzbedingungen empfindlich gegenüber der Ätzung mit reaktiven Ionen, aber bei den zweiten Ätzbedingungen resistent gegenüber Ätzung mit reaktiven Ionen ist. Eine erste Ätzung mit reaktiven Ionen wird dann unter den ersten Ätzbedingungen und über den gesamten herzustellenden Filterbereich durchgeführt, wodurch die freigelegten Bereiche der Sperrschicht entfernt und die darunter liegenden Teile der Absorberschicht freigelegt, jedoch im wesentlichen nicht geätzt werden. Bei einer zweiten Ätzung mit reaktiven Ionen (oder Kombinationen von Ionen-Ätzschritten) werden dann die verbleibenden Bereiche des Photoresistmaterials und die freigelegten Bereiche der Absorberschicht entfernt, wodurch ein Filter auf dem Substrat erzeugt wird.
Während des ersten Ätzschrittes mit reaktiven Ionen des vorliegenden Verfahrens kann eine gewisse Ätzung der freigelegten Bereiche der Absorberschicht toleriert werden, vorausgesetzt, daß diese Ätzung der Absorberschicht nicht so stark ist, daß die gewünschten Absorptions/Transmissionseigenschaften der Absorberschicht im fertigen Filter beeinträchtigt werden. In der Praxis wurde gefunden, daß das vorliegende Verfahren bei ersten Ätzbedingungen, bei denen das Sperrmaterial nur etwa 1,5- mal so schnell wie als das Absorbermaterial geätzt wird, erfolgreich durchgeführt werden kann. Im Gegensatz dazu ist bei dem zweiten Ätzschritt mit reaktiven Ionen ein beträchtlich größeres Verhältnis zwischen den Ätzgeschwindigkeiten des Absorbermaterials und der Sperrschicht erforderlich, da alle freigelegten Bereiche der Absorberschicht entfernt werden müssen, ohne daß die Gefahr der Entstehung von Löchern in den Bereichen der Sperrschicht besteht, die im fertigen Filter verbleiben würden; in der Praxis ist die Sperrschicht üblicherweise dünner als die Absorberschicht.
Das bei dem vorliegenden Verfahren verwendete Substrat kann einfach ein Träger für das Filter sein; zum Beispiel kann das Substrat eine Plastikfolie darstellen, auf der das Filter erzeugt wird, so daß das Filter einfach zu handhaben ist und in seine Endposition gebracht werden kann. Das vorliegende Verfahren ist jedoch besonders zur Erzeugung eines Filters in situ auf der lichtempfindlichen Oberfläche einer Festkörper- Bilderzeugungsvorrichtung geeignet, und somit ist das bei dem Verfahren verwendete Substrat wünschenswerterweise eine Festkörper-Bilderzeugungsvorrichtung, vorzugsweise eine eine ladungsgekoppelte Vorrichtung, Ladungsinjektionsvorrichtung oder Photodiodenvorrichtung.
Das bei vorliegendem Verfahren verwendete Absorbermaterial kann jedes auf diesem Gebiet bekannte Absorbermaterial darstellen, vorausgesetzt, daß es auf dem darunterliegenden Substrat haftet und bei den ersten Ätzbedingungen resistent gegenüber der Ätzung mit reaktiven Ionen, jedoch bei den zweiten Ätzbedingungen empfindlich gegenüber Ätzung mit reaktiven Ionen ist. Vorzugsweise ist das Absorbermaterial im wesentlichen frei von Metallionen, da Metallionen üblicherweise während der Ionen-Ätzung eine unerwünschte Asche erzeugen, die an dem Substrat haften und die Lichtransmission durch das Filter beeinträchtigen kann.
Typischerweise enthält das Absorbermaterial ein Polymer mit einem darin enthaltenen Farbstoffmaterial (der Ausdruck "Farbstoff" bedeutet hierbei jedes Material, das bei der Aufbringung auf ein geeignetes Substrat eine Änderung des durch eine den Farbstoff enthaltende Schicht auf das Substrat treffenden elektromagnetischen Strahlung bewirkt. Daher umfaßt der Begriff "Farbstoff", wie er hier gebraucht wird, zusätzlich zu den Farbsotffen, die bei der Wahrnehmung durch das menschliche Auge von sich aus gefärbte Verbindungen darstellen, Materialien, die nur die von dem Substrat empfangene nicht-sichtbare elektromagnetische Strahlung verändern, zum Beispiel Materialien, die im Infrarot- oder Ultraviolett-Bereich absorbieren) Das Polymer kann jedes filmbildende Polymer mit den geeigneten Eigenschaften bei Ätzung mit reaktiven Ionen sein, z.B. ein Polyester, ein Polyamid oder Novolak-Harz. Das Absorbermaterial wird typischerweise aus einer Lösung aufgebracht, und Lösungen von Polyesterharzen, die mit Farbstoffen gemischt und anschließend zur Erzeugung des Absorbermaterials nach dem vorliegenden Verfahren aufgebracht werden können, sind im Handel erhältlich; zum Beispiel ergibt das von Futurrex, 44-50 Clinton Street, Newton, New Jersey 07860, USA, unter dem Handelsnamen Futurrex PC1-1500D vertriebene Material bei dem vorliegenden Verfahren gute Ergebnisse. Die Lösung des Absorbermaterials kann durch Eintauchen, Aufsprühen, Zentrifugationsbeschichtung oder andere auf diesem Gebiet herkömmliche Verfahren auf das Substrat aufgebracht werden. Die Beschichtung wird durch Entfernung des Lösungsmittel getrocknet, wonach die gesamte Beschichtung gut an dem Substrat haftet.
Die Dicke der Absorberschicht schwankt natürlich je nach dem Extinktionskoeffizienten des verwendeten Farbstoffs, dem Anteil des vorhandenen Farbstoffs und der bei dem Filter gewünschten optischen Dichte, jedoch ist es allgemein vorzuziehen, daß die Absorberschicht eine Dicke im Bereich zwischen etwa 1 und etwa 5 Mikron, vorzugsweise etwa 2 bis etwa 3 Mikron aufweist. Zu dicke Absorberschichten sollten, zumindest bei auf Festkörper-Bilderzeugungsvorrichtungen erzeugten Filtern vermieden werdeh, da schräge Lichttransmissionen durch solche dicken Absorberschichten die Auflösung der Festkörper- Bildaufnahmevorrichtung herabsetzen können.
Der in dem Absorbermaterial verwendete Farbstoff kann jeder der auf dem Gebiet der Erzeugung von Farbfiltern bekannten Farbstoffe sein; metallfreie lösliche Farbstoffe werden bevorzugt, obwohl auch andere Farbstoffe verwendet werden können. Der Farbstoff muß natürlich mit dem Polymer verträglich sein, so daß er nicht auskristallisiert, agglomeriert oder das Adsorbermaterial sonstwie während oder nach der Erzeugung des Filters inhomogen macht. Das Adsorbermaterial muß auch gegenüber einer Ätzung mit reaktiven Ionen, die das Sperrmaterial ätzt, resistent sein, so daß bei dem ersten verfahrnsgemäßen Ätzschritt mit reaktiven Ionen die freigelegten Bereiche der Sperrschicht weggeätzt werden können, ohne daß das darunterliegende Adsorbermaterial entfernt wird. Die meisten organischen Polymere erfüllen diese Anforderung.
Wie bereits erwähnt, ist das vorliegende Verfahren besonders mit Blaulicht absorbierenden Gelb-, Grün- oder Rotfarbstoffen brauchbar, da es die Belichtung des Photoresistmaterials mit herkömmlichen 436 nm Licht ermöglicht, ohne daß dieses Licht von dem gelben Farbstoff absorbiert wird.
Wie bei Verfahren nach dem Stand der Technik ist es nach der Beschichtung des Substrats mit dem Absorbermaterial allgemein erforderlich oder wünschenswert, die Absorberschicht zu stabilisieren, bevor die Sperrschicht darauf erzeugt wird. Eine solche Stabilisierung kann durch Wärmeaushärtung (typischerweise durch Ausheizen des Absorbermaterials bei 200ºC oder mehr), oder durch Vernetzung (wobei typischerweise ein UV- härtbares Harz in dem Absorbermaterial verwendet wird und nach der Beschichtung des Substrats das Absorbermaterial bei 200ºC oder darüber ausgeheizt und dann zur Vernetzung des Polymers mit UV-Strahlung breitflächig bestrahlt wird) erzielt werden.
Das bei dem vorliegenden Verfahren verwendete Sperrmaterial kann jedes der auf diesem Gebiet bekannten konventionellen Sperrmaterialien (manchmal als "Zwischen-Beschichtungen" bezeichnet) sein, wie es zum Beispiel in den oben erwähnten Veröffentlichungen von O'Toole, Paraszczak und Underhill beschrieben ist. Vorzugsweise ist das Sperrmaterial auf Siliciumbasis, da solche Materialien auf Siliciumbasis leicht durch ein fluorhaltiges Ätzmittel, das ein organisches Absorbermaterial nicht leicht ätzt, geätzt wird. Geeignete Materialien auf Siliciumbasis umfassen Polysilane, Polysiloxane, Organosiliciumverbindungen, Kieselsäure, Siliciumnitrid und deren Gemische. Solche Materialien auf Siliciumbasis sind im Handel erhältlich; zum Beispiel wurde gefunden, daß das von Futurrex, 44-50 Clinton Street, Newton, New Jersey 07860, USA, unter dem Handelsnamen Futurrex IC1-200 vertriebene Material, das ein Material auf Siliiumbasis in einem Lösungsmittel enthält, bei dem vorliegenden Verfahren gute Ergebnisse liefert.
Die Sperrschicht hat vorzugsweise eine Dicke im Bereich zwischen 0,2 und etwa 1 Mikron; unterhalb von etwa 0,2 Mikron ist es schwierig, eine gleichmäßige Beschichtung sicherzustellen, während zu dicke Sperrschichten einen sehr langen ersten Ätzschritt mit reaktiven Ionen erfordern können. Das Sperrmaterial kann nach herkömmlichen Methoden, z.B. durch Plasmaabscheidung oder Naß-Zentrifugierbeschichtung abgeschieden werden. Die Entfernung des Lösungsmittels aus der Sperrschicht erfolgt normalerweise durch Ausheizen; zum Beispiel wird für Futurrex IC1-200 eine einzige 15-minütige Ausheizung bei 200ºC in einem Umluftofen oder für 30 Sekunden bei 200ºC auf einer Heizplatte empfohlen.
Das beim vorliegenden Verfahren verwendete Photoresistmaterial ist vorzugsweise ein positiver Photoresist, da bei den zur Erzeugung von Filtern auf Festkörper-Bilderzeugungsvorrichtungen erforderlichen feinen Linien- oder Punktunterteilungen negative Photoresists für durch Quellung des Photoresists entstehende Probleme anfällig sind. Der Ausdruck "positiver Photoresist" bezieht sich hier auf eine Zusammensetzung, die im trockenen Zustand bei Belichtung mit Strahlung geeigneter Wellenlänge in einer Entwicklerzusammensetzung löslicher als die unbelichteten Bereiche wird, im Gegensatz zu einem negativen Photoresist, der ursprünglich in einer Entwicklerzusammensetzung löslich ist und durch Belichtung vernetzt oder ausgehärtet wird, wodurch er in den belichteten Bereichen weniger löslich wird. Positive Photoresistzusammensetzungen sind allgemein phenolische Formaldehyd-Novolakharze, die in Verbindung mit einem Sensibilisator oder einer photoaktiven Verbindung eingesetzt werden, die üblicherweise eine substituierte Naphthochinondiazid-Verbindung darstellt. Der Naphthochinon-Sensibilisator wirkt als ein Löslichkeitshemmer bezüglich des Novolakharzes in wäßriger alkalischer Lösung. Bei Bestrahlung erleidet der Sensibilisator, der ein hydrophobes Material darstellt, jedoch eine Strukturumwandlung, die seine Funktion als Löslichkeitshemmer für das Harz in einen Löslichkeitsbeschleuniger für die belichteten Bereiche des Photoresists umwandelt.
Bei der vorliegenden Erfindung ist der Gehalt an photoaktiver Verbindung unkritisch. Die spezifische Menge der photoaktiven Verbindung wird im Hinblick auf die gewünschte Empfindlichkeit oder den gewünschten Kontrast ausgewählt. Der jeweilige positive Photoresist ist nicht entscheidend, und es können bequem im Handel erhältliche Photoresists eingesetzt werden. Eine herkömmliche Zusammensetzung aus Harz/photoaktiver Verbindung besteht aus etwa 80 bis 85 Gew.-% auf Trockenbasis Harz und 15 bis 20 Gew.-% auf Trockenbasis photoaktiver Verbindung, worin die beiden Komponenten miteinander gemischt oder chemisch verbunden sind. Gegebenenfalls können andere herkömmliche Zusätze in der Photoresistzusammensetzung eingesetzt werden, einschließlich Weichmacher, Adhäsionspromotoren, Tenside und dergleichen. Beispiele im Handel erhältlicher bei dem vorliegenden Verfahren einsetzbarer Photoresistmaterialien umfassen Olin Hunt Speciality Products, Waycoat HPR 204 als positiver Photoresist und Shipley Corporation Systems 8 Photoresist.
Die Ausdrücke "Entwickler" und "entwickeln" bedeuten hierbei auf dem Gebiet der Photoresists übliche Zusammensetzungen und Verfahrensschritte, mit denen löslicheren Bereiche der belichteten Photoresistschicht (die belichteten Bereiche im Falle eines positiven Photoresists, die unbelichteten Bereiche im Falle eines negativen Photoresists) entfernt werden. Allgemein ist der Entwickler für einen positiven Photoresist eine wäßrige alkalische Lösung, wie Natriumhydroxid, oder eine andere Alkailmetall- oder quaternäre Ammmoniumhydroxidlösung.
Der verfahrensgemäß verwendete Photoresist muß so gewählt sein, daß nach der Entwicklung die verbleibenden Bereiche des Photoresistmaterials bei den ersten Ätzbedingungen gegenüber Ätzung mit reaktiven Ionen resistent, jedoch bei den zweiten Ätzbedingungen gegenüber Ätzung mit reaktiven Ionen empfindlich sind.
Nach Entfernung der erforderlichen Bereiche der Photoresistschicht, wodurch die unter den entfernten Bereichen des Photoresists liegenden Bereiche der Sperrschicht freigelegt wurden, wird das gesamte beschichtete Substrat bei den ersten Ätzbedingungen mit reaktiven Ionen geätzt. Bei diesem ersten Ätzschritt werden die freigelegten Bereiche der Sperrschicht entfernt, jedoch nicht die darunter liegenden Bereiche der Absorberschicht. Um sicherzustellen, daß die bei diesem Ätzschritt entfernten Bereiche der Sperrschicht genau mit den zuvor entfernten Bereichen der Photoresistschicht übereinstimmen, wird die Ätzung durch eine gerichtete Plasmaätzung bei geringem Druck bevorzugt, die in einer Richtung im wesentlichen senkrecht zu der Ebene des Substrats durchgeführt werden sollte. Falls ein Sperrmaterial auf Siliciumbasis verwendet wird, wird bei den ersten Ätzbedingungen vorzugsweise ein Ätzmaterial auf Fluorbasis verwendet, vorzugsweise Schwefelhexafluorid oder Stickstofftrifluorid. Die Ätztemperatur, der Druck usw. und die verwendete Vorrichtung entsprechen den herkömmlich auf diesem Gebiet verwendeten, und falls ein im Handel erhältliches Sperrmaterial, wie das vorstehende genannte Futurrex IC1-200 eingesetzt wird, beschreibt der Hersteller üblicherweise die optimalen Ätzbedingungen.
Nachdem die freigelegten Bereiche der Sperrschicht im ersten Ätzschritt entfernt worden sind, wird das gesamte beschichtete Substrat einem zweiten Ätzschritt bei den zweiten Ätzbedingungen unterworfen, um die während des ersten Ätzschritts nicht entfernten Bereiche der Photoresistschicht, sowie die während des ersten Ätzschritts freigelegten Bereiche der Absorberschicht zu entfernen. Obwohl diese beiden Entfernungsschritte theoretisch getrennt durchgeführt werden können, ist es in der Praxis bequem, beide in einem Arbeitsgang durchzuführen, da die meisten Photoresists und die meisten Absorbermaterialien auf organischen Polymeren basieren und somit mit gleichartigen Ätzmaterialien geätzt werden können. Wenn organische Photoresists und Absorbermaterialien verwendet werden, wird bei den zweiten Ätzbedingungen vorzugsweise Sauerstoff verwendet. Aus ähnlichen Gründen wie bei dem ersten Ätzschritt ist, wie vorstehend erläutert, der zweite Ätzschritt vorzugsweise eine gerichtete Plasmaätzung bei niedrigem Druck.
Wie bereits erwähnt, können nach der verfahrensgemäßen Erzeugung eines Einfarbenfilters ein oder mehrere zusätzliche Farben entweder durch Wiederholung der Schritte des vorliegenden Verfahrens mit einem einen unterschiedlichen Farbstoff enthaltenden Absorbermaterial oder nach dem in der US-A-4 808 501 beschriebenen Verfahren abgeschieden werden. Wenn nach der letztgenannten Methode gearbeitet wird, wird vorzugsweise ein gelber Farbstoff nach dem vorliegenden Verfahren verwendet, während entweder ein Blaugrün- oder Blaugrün-/Purpurn-Farbstoff (e) nach dem Verfahren der US-Schrift 4 808 501 abgeschieden werden. Falls nur Gelb- und Blaugrün- Farbstoffe verwendet werden, überlappen vorzugsweise die von diesen Farbstoffen bedeckten Bereiche, so daß mit nur zwei Farbstoffen letztendlich ein Dreifarbenfilter erzeugt wird.
Erfindungsgemäß wird daher ein Verfahren zur Erzeugung eines Filters bereitgestellt, bei dem Farbstoffe verwendet werden können, die bei der Belichtungswellenlänge des Photoresists stark absorbieren, mit dem Filter von hoher Qualität erzeugt werden können, und bei dem leicht verfügbare Materialien verwendet werden können.
Bevorzugte erfindungsgemäße Ausführungsformen werden nun zur Veranschaulichung unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, um Einzelheiten bevorzugter erfindungsgemäß verwendeter Materialien, Bedingungen und Techniken aufzuzeigen.
Die Figuren 1A bis 1D der beigefügten Zeichnungen sind schematische Querschnitte verschiedener Stufen eines erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem ein Einfarbenfilter auf einem Substrat 10, nämlich einer Festkörper-Bilderzeugungsvorrichtung, erzeugt werden. Um die in Fig. 1A dargestellte Struktur zu erzeugen, wird eine Absorberschicht 12 erzeugt, indem das Substrat mit einem einen gelben Farbstoff enthaltenden Absorbermaterial beschichtet wird. Dann wird eine Sperrschicht 14 aus Sperrmaterial über der Absorberschicht 12 aufgebracht. Schließlich wird eine Photoresistschicht 16 aus positivem Photoresist über der Sperrschicht 14 aufgebracht.
Der Photoresist wird nur mustermäßig belichtet und in herkömmlicher Weise entwickelt, um dessen belichtete Bereiche zu entfernen und "Inseln" 16Y des Photoresists (wie in Fig. 1B dargestellt) zu erzeugen, die durch Bereiche getrennt sind, von denen der Photoresist entfernt wurde. Die Inseln 16Y entsprechen in Größe und Form den Bereichen, in denen sich bei dem fertigen Filter der gelbe Farbstoff befindet, und können daher eine längliche Streifenform aufweisen, falls ein Filter mit parallelen Streifen unterschiedlicher Farben erforderlich ist, oder in Form von isolierten Punkten vorliegen, falls ein Filter mit einer Punktmatrix unterschiedlicher Farben erforderlich ist. Das in den Fig. 1A bis 1D dargestellte Verfahren dient der Herstellung eines Dreifarbenfilters mit parallelen Streifen unterschiedlicher Farben, weshalb die Inseln 16Y längliche Streifen darstellen, die sich senkrecht zu der Ebene von Fig. 1B erstrecken und von Bereichen getrennt sind, die doppelt so breit sind wie die einzelnen Streifen 16Y. Durch die Entfernung der belichteten Bereiche des Photoresists werden die darunterliegenden Bereiche der Sperrschicht 14 freigelegt.
Als nächstes wird, wie durch den Pfeil 18 in Fig. 1C angezeigt, die beschichtete Festkörper-Bilderzeugungsvorrichtung 10 einer ersten gerichteten Plasmaätzung bei niedrigem Druck senkrecht zur Ebene der Festkörper-Bilderzeugungsvorrichtung ersten Ätzbedingungen unterworfen, wobei die freigelegten Bereiche der Sperrschicht, bei denen die darüberliegende Photoresistschicht entfernt wurde, geätzt werden, wobei jedoch die darunter liegende Absorberschicht 12 oder die Inseln 16Y des Photoresist praktisch nicht geätzt wird (werden). Am Ende dieses ersten Ätzschritts werden die Inseln 14Y des Sperrmaterials gebildet, die unter den Inseln 16Y des Photoresists liegen, während die verbleibenden Teile der Sperrschicht entfernt sind, wodurch die darunteriegenden Teile der Adsorberschicht 12 freigelegt werden.
Nach dem ersten Ätzschritt wird die beschichtete Festkörper- Bilderzeugungsvorrichtung 10 einer zweiten gerichteten Plasmaätzung bei niedrigem Druck unterworfen. Die Ätzung erfolgt wieder, wie durch die Pfeile 20 in Fig. 1D angedeutet, senkrecht zu der Ebene der Festkörper-Bilderzeugungsvorrichtung, jedoch bei zweiten Ätzbedingungen, wobei die freigelegten Bereiche der Absorberschicht 12, und die verbleibenden Inseln 16Y des Photoresists geätzt werden. Die erhaltene Struktur ist, wie in Fig. 1D dargestellt, ein fertiges Einfarbenfilter mit Inseln 12Y des gelben Absorbermaterials und darüber liegenden Inseln 14Y des Sperrmaterials.
Das auf diese Weise hergestellte Einfarben-(Gelb-)Filter kann in ein Mehrfarbenfilter umgewandelt werden, indem, wie in den Fig. 2A bis 2D dargestellt, das erfindungsgemäße Ätzverfahren mit reaktiven Ionen angewendet wird. Wie in Fig. 2A dargestellt, wird auf dem in Fig. 1D hergestellten Filter eine zweite Absorberschicht 12' abgeschieden, die einen Farbstoff mit einer anderen Farbe als der gelbe Farbstoff in der Absorberschicht 12 enthält; zur Veranschaulichung wird angenommen, daß die zweite Absorberschicht 12' einen Blaugrün-Farbstoff enthält. Auf die blaugrüne Absorberschicht 12' wird eine Sperrschicht 14' und eine Photoresistschicht 16' aufgebracht, wobei diese Schichten die gleiche Zusammensetzung haben wie die in Fig. 1A dargestellten Schichten 14 bzw. 16.
Die Photoresistschicht 16' wird belichtet und entwickelt, um die in Fig. 2B dargestellte Struktur zu erzeugen, in der Inseln 16C des Photoresists verbleiben, wobei diese Inseln 16C gegenüber den Inseln 12Y des gelben Absorbermaterials seitlich versetzt sind und die Hälfte der Spaltbreite zwischen benachbarten Inseln 12Y einnehmen. Durch einen ersten Ätzschritt mit reaktiven Ionen wird die in Fig. 2C dargestellte Struktur erzeugt, bei der die freigelegten Bereiche der Sperrschicht 14' entfernt worden sind, wodurch die Inseln 14C des Sperrmaterials unterhalb der Inseln 16C des Photoresists übrigbleiben; es ist zu beachten, daß die bei der Herstellung des Gelb- Filterelements erzeugten Inseln 14Y des Sperrmaterials nicht entfernt werden, da diese Inseln 14Y von der blaugrünen Absorberschicht 12' bedeckt sind, die im ersten Ätzschritt nicht angegriffen wird. Schließlich wird durch einen zweiter Ätzschritt mit reaktiven Ionen die in Fig. 2D dargestellte Struktur erzeugt, bei der die Inseln 12C des blaugrünen Absorbermaterials vorliegen, die sich parallel zu den Inseln 12Y des gelben Absorbermaterials erstrecken und von Inseln 14C des Sperrmaterials überdeckt sind. Die ursprünglichen gelben Filterelemente, die die Inseln 12Y des Absorbermaterials und 14Y des Sperrmaterials enthalten, sind von der Erzeugung der parallelen blaugrünen Filterelemente nicht betroffen
Es ist ersichtlich, daß durch eine Wiederholung der Verfahrensschritte in den Lücken zwischen den gelben und blaugrünen Filterelementen, wie in Fig. 3 dargestellt, purpurne Filterelemente, die von Inseln 14M des Sperrmaterials überdeckte Inseln 12M des purpurnen Absorbermaterials enthalten, erzeugt werden können.
Die Figuren 4A und 4B veranschaulichen eine Möglichkeit, wie ein zweiter Satz von Filterelementen zu einem Einfarbenfilter ähnlich wie dem in Fig. 1D erzeugten hinzugefügt werden kann, indem das Verfahren nach der vorstehend genannten US-A-4 808 501 angewendet wird. Bei dieser Ausführungsform werden, wie in Fig. 4A dargestellt, die Inseln 12Y des gelben Absorbermaterials breiter angelegt als die in Fig. 1D dargestellten, so daß diese Inseln doppelt so breit sind wie die dazwischen liegenden Lücken. Eine einen Blaugrün-Farbstoff in einem positiven Photoresist enthaltende Zusammensetzung wird dann auf die gesamte Oberfläche der Festkörper-Bilderübertragungsvorrichtung 10 aufgebracht, wodurch, wie in Fig. 4A dargestellt, eine Photoresist-/Farbstoffschicht 22 erzeugt wird. Diese Photoresist-/Farbstoffschicht 22 wird belichtet und entwickelt, wodurch das in Fig. 4B dargestellte blaugrüne Filterelement 22C erzeugt wird. Wie in dieser Figur dargestellt, überlappen die blaugrünen Filterelemente 22C teilweise die Inseln 12Y des gelben Absorbermaterials, wodurch im Endeffekt ein Dreifarbenfilter mit [den folgenden] drei Farben erzeugt wird: gelb, dort wo die Inseln 12Y nicht von den blaugrünen Filterelementen 22C überlappt werden, blaugrün, dort wo die blaugrünen Filterelemente 22C nicht die Inseln 12Y überlappen, und grün, dort wo die blaugrünen Filterelemente über den Inseln 12Y liegen. Dort, wo die blaugrünen Filterelemente 220 die Inseln 12Y überlappen, sind die gelben und blaugrünen Farbstoffschichten durch die Inseln 14Y des Sperrrnaterials getrennt.
Wenn ein Rot-Grün-Blau-Filter gewünscht ist, kann das in Fig. 4B dargestellte Filter, wie durch die unterbrochenen Linien in Fig. 4B angedeutet, durch die Abscheidung von purpurnen Filterelementen 22M nach dem Verfahren der vorstehend US-A-4 808 501 abgewandelt werden, wobei diese purpurnen Filterelemente 22M die gelben Inseln 12Y und die blaugrünen Filterelemente 22C überlappen. Das erhaltene Filter hat dort grüne Filterelemente, wo die blaugrünen Elemente 22C die gelben Inseln 12Y überlappen, dort blaue Elemente, wo die purpurnen Elemente 22M die blaugrünen Elemente 22C überlappen, und rote Elemente, dort wo die purpurnen Elemente 22M die gelben Inseln 12Y überlappen.

Beispiel

Das Beispiel erläutert eine Möglichkeit, wie ein Einfarbenfilter nach einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden kann.
Eine ladungsgekoppelte Vorrichtung wird mit Futurrex PC1-1500D Absorbermaterial, das einen gelben Farbstoff enthält, beschichtet, indem das Absorbermaterial auf der ladungsgekoppelten Vorrichtung verteilt wird, während diese sich mit 500 Umin&supmin;¹ dreht, wobei das Absorbermaterial durch Drehung bei 1500 Umin&supmin;¹ 1,5 Sekunden ausgebreitet wird; die Rotation wird 25 Sekunden bei 2800 Umin&supmin;¹ fortgesetzt, worauf die Absorberschicht durch 3osekündiges Ausheizen auf einer Heizplatte bei 250ºC stabilisiert wird.
Eine Sperrschicht aus Futurrex ICI-200 wird auf der Absorberschicht abschieden, indem das Sperrmaterial verteilt wird, während sich die ladungsgekoppelte Vorrichtung bei 500 Umin&supmin;¹ dreht, wodurch das Sperrmaterial 1,5 Sekunden bei 1500 Umin&supmin;¹ ausgebreitet wird, die Rotation 25 Sekunden bei 3000 Umin&supmin;¹ fortgesetzt wird, worauf die Sperrschicht durch Ausheizen über 30 Sekunden auf einer Heizplatte bei 200ºC stabilisiert wird.
Eine Photoresistschicht aus positivem Photoresist (Hunt 204) wird auf der Sperrschicht abgeschieden, indem der Photoresist verteilt wird, während sich die ladungsgekoppelte Vorrichtung bei 500 Umin&supmin;¹ dreht, wodurch der Photoresist 1,5 Sekunden bei 1500 Umin&supmin;¹ ausgebreitet wird; die Drehung wird 20 Sekunden bei 4600 Umin&supmin;¹ fortgesetzt, worauf die Photoresistschicht durch Ausheizen über 70 Sekunden auf einer Heizplatte bei 105ºC stabilisiert wird.
Die mustermäßige Belichtung des Photoresists wird bei 0,38 NA mit der Quecksilber g-Linie bei 1400 J/m² durchgeführt, und der belichtete Photoresist wird mit Hunt 429-Entwickler entwickelt, wobei 2 Sekunden bei 100 Umin&supmin;¹ und dann 3 Sekunden bei 70 Umin&supmin;¹ gesprüht wird; die Drehung wird über eine Verweilzeit von 14 Sekunden unterbrochen, worauf 10 Sekunden bei 300 Umin&supmin;¹ gespült und schließlich 10 Sekunden bei 3000 Umin&supmin;¹ rotationsgetrocknet wird. Die ladungsgekoppelte Vorrichtung wird dann 60 Sekunden bei 10500 bis zur Erhärtung ausgeheizt.
Die zwei Ätzschritte mit reaktiven Ionen werden mit einer Plasmatherm "RIESL700" Parallelplattenvorrichtung für die Ätzung mit reaktiven Ionen durchgeführt. Die ersten Ätzbedingungen umfassen eine Schwefelhexafluoridätzung mit reaktiven Schwefelhexafluoridionen bei einer SF&sub6;-Flußgeschwindigkeit von 20 Standard-cm³ pro Minute (sccm/Minute), einem Druck von 2,66 Pa (20 mTorr) und einer Leistung von 50 W über 4 Minuten dar, während die zweiten Ätzbedingungen eine Ätzung mit reaktiven Sauerstoffionen bei einer O&sub2;-Flußgeschwindigkeit von 20 Standard-cm³, einem Druck von 1,33 Pa (10 mTorr) und einer Leistung von 300 W über 10 Minuten umfassen.
Nach den zwei Ätzschritten mit reaktiven Ionen ist die ladungsgekoppelte Vorrichtung auf ihrer Oberfläche mit einem gelben Filter versehen. Falls gewünscht, können mit den vorstehend beschriebenen Methoden zusätzliche Filterelemente unterschiedlicher Farben erzeugt werden.
Dem Fachmann auf dem Gebiet der Filterherstellung ist ersichtlich, daß bei den bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsformen zahlreiche Modifikationen und Zusätze vorgenommen werden können, ohne daß der Rahmen der Erfindung verlassen wird. Zum Beispiel kann (können) jede einzelne oder mehrere farbstoffhaltige Schicht(en) mehr als einen Farbstoff enthalten oder einen Verbund aus zwei getrennten Farbstoffschichten mit unterschiedlichen Farbstoffen darstellen, falls eine solche Kombination, zum Beispiel zur Einstellung der spektralen Empfindlichkeit der erzeugten Filter, erforderlich ist. Falls eine ausreichende Haftung zwischen benachbarten Schichten schwer zu erzielen ist, können zusätzliche Bindeschichten eingeführt werden, natürlich vorausgesetzt, daß diese Schichten Eigenschaften, wie Ionenätzeigenschaften aufweisen, die das erfindungsgemäße Verfahren nicht beeinträchtigen. Falls erwünscht, kann auch eine schützende Deckschicht über das fertige Filter gelegt werden, um das Filter gegen mechanischen Abrieb oder Beschädigung während der Benutzung zu schützen.

Claims

1. Verfahren zur Erzeugung eines Filters auf einem Substrat, welches [die folgenden Schritte] umfaßt:

die Erzeugung einer Schicht eines Absorbermaterials (12) mit vorbestimmten Absorptions- und Transmissionseigenschaften auf dem Substrat (10);

die Erzeugung einer auf der Schicht des Absorbermaterials liegenden Schicht eines Photoresistmaterials (16);

die mustermäßige Belichtung der Schicht des Photoresistmaterials und die Entwicklung der belichteten Schicht, um deren belichtete oder unbelichtete Bereiche zu entfernen,

gekennzeichnet durch:

die Erzeugung einer Schicht eines Sperrmaterials (14) zwischen der Schicht des Absorbermaterials und d&r Schicht des Photoresistmaterials, wobei das Sperrmaterial gegenüber der Ätzung mit reaktiven Ionen bei den ersten Ätzbedingungen, einschließlich der Art des angewendeten Ätzmaterials empfindlicher als das Absorbermaterial ist, jedoch bei zweiten Ätzbedingungen, einschließlich der Art des angewendenten Ätzmaterials, bei denen das Absorbermaterial geätzt werden kann, resistent gegenüber der Ätzung mit reaktiven Ionen ist, so daß bei der Entwicklung des belichteten Photoresistmaterials die unter den entfernten Bereichen des Photoresistmaterials liegenden Bereiche der Sperrschicht freigelegt werden, wobei die verbleibenden Bereiche des Photoresistmaterials bei den ersten Ätzbedingungen resistent gegenüber der Ätzung mit reaktiven Ionen, jedoch bei den zweiten Ätzbedingungen empfindlich gegenüber der Ätzung mit reaktiven Ionen sind;

die Ätzung des beschichteten Substrats mit reaktiven Ionen bei den ersten Ätzbedingungen, wodurch die freigelegten Bereiche der Sperrschicht weggeätzt werden und ausgewählte Bereiche der Absorberschicht freigelegt werden, jedoch nicht die verbleibenden Bereiche des Photoresistmaterials (16Y) und praktisch nicht die freigelegten Bereiche der Absorberschicht weggeätzt werden; und

die Ätzung des beschichteten Substrats mit reaktiven Ionen bei den zweiten Ätzbedingungen, wodurch die verbleibenden Bereiche der Photoresistschicht (16Y) und die freigelegten Bereiche der Absorberschicht weggeätzt werden, wodurch auf dem Substrat ein Filter (12Y) erzeugt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Sperrmaterial mindestens eine Siliciumverbindung enthält.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Sperrmaterial mindestens eine Verbindung, ausgewählt aus der Gruppe Polysilane, Polysiloxane, Organo-Siliciumverbindungen, Kieselsäure und Siliciumnitrid enthält.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei den ersten Ätzbedingungen mindestens eine Fluor-Verbindung verwendet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluorverbindung mindestens eine Verbindung, ausgewählt aus der Gruppe von Schwefelhexafluorid und Stickstofftrifluorid enthält.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei den zweiten Ätzbedingungen Sauerstoff verwendet wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine der Ätzbedingungen eine gerichtete Plasmaätzung bei geringem Druck umfaßt.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das so erzeugte Filter nach einem Verfahren behandelt wird, das die [folgenden] Schritte umfaßt:

die Erzeugung einer Schicht einer Farbstoff-/Photoresist-Zusammensetzung, mit einem positiven Photoresist und einem zweiten Farbstoff auf dem Filter, wobei der zweite Farbstoff Absorptionseigenschaften aufweist, die sich von denen des Absorbermaterials unterscheiden, und in dem Lösungsmittel des positiven Photoresists löslich ist,

die mustermäßige Belichtung der zweiten Farbstoff-/Photoresistschicht und die Entwicklung der belichteten Schicht mit einem Entwickler für den Photoresist, um die belichteten Bereiche der belichteten Schicht zu entfernen,

wobei der zweite Farbstoff mehr als 10 Gew.-% der zweiten Farbstoff-/Photoresist-Zusammensetzung ausmacht, bei der Belichtungswellenlänge der zweite Farbstoff-/Photoresist-Zusammensetzung praktisch nicht absorbiert und praktisch die gleiche Polarität wie die Zusammensetzung hat,

wodurch ein Filter erzeugt wird, das getrennte Bereiche mit mindestens zwei unterschiedlichen Farben aufweist.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei den in Anspruch 1 festgelegten Schritten ein Absorbermaterial, enthaltend einen gelben Farbstoff, und bei den in Anspruch 8 festgelegten Schritten ein blaugrüner Farbstoff als zweiter Farbstoff verwendet wird.

10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die in Anspruch 8 angegebenen Schritte zweimal wiederholt werden, um ein Filter mit mindestens drei unterschiedlichen Farben zu erzeugen.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß bei den in Anspruch 1 festgelegten Schritten ein Absorbermaterial mit einem gelben Farbstoff und bei den zwei Wiederholungen der in Anspruch 8 angegebenen Schritte Blaugrün- und Blaugrün-/Purpur-Farbstoffe verwendet werden.