JP2006012882A - 着色画素の位置精度検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】固体撮像素子の着色画素の光電変換部に対する位置精度を検出する際に、精度よく廉価に位置精度を検出する着色画素の位置精度検出方法を提供する。
【解決手段】１）検出マーク（Ｍ１）を形成し、２）第一色目で検出マーク（Ｍ２）とＳＥＭ用のバーニア主尺を形成し、第一色目の着色画素の位置精度（Ｓ１）を検出し、４）第二色目でＳＥＭ用のバーニア副尺（Ｆ１）を形成し、５）第二色目の着色画素の位置精度（Ｓ２）を検出し、６）第三色目でＳＥＭ用のバーニア副尺（Ｆ２）を形成し、７）第三色目の着色画素の位置精度（Ｓ４）を検出し、光電変換部に対する各着色画素の位置精度を検出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、固体撮像素子に形成された着色画素の位置精度の検出方法に関するものであり、特に、精度よく、廉価に位置精度を検出することのできる着色画素の位置精度検出方法に関する。

図１は、ＣＣＤ固体撮像素子の一例の部分断面図である。図１に示すように、この一例のＣＣＤ固体撮像素子は、Ｓｉ基板（１）上に光電変換部（２）とＣＣＤレジスタ部（３）が形成され、光電変換部（２）とＣＣＤレジスタ部（３）でＣＣＤ画素を構成している。そのＣＣＤ画素上に、絶縁膜（４）、遮光膜（５）、保護膜（６）、平坦化層（７）、カラーフィルタ（８）、及びマイクロレンズ（９）が順次に積層して形成されている。

カラーフィルタ（８）は、色分解フィルタの機能を有する赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）３色の着色画素（８Ｒ、８Ｇ、８Ｂ）で構成されている。
図２は、色分解フィルタの機能を有する着色画素（８Ｒ、８Ｇ、８Ｂ）の配列の一例を示す平面図である。図２に示す配列は、ベイヤー配列と称し電子スチルカメラ用ＣＣＤ固体撮像素子では一般的な着色画素の配列である。各着色画素は、各光電変換部（２）に対応して光電変換部（２）上方の平坦化層（７）上に設けられている。着色画素（８Ｒ、８Ｇ、８Ｂ）は、色素を含有させた樹脂を用いフォトリソグラフィ法で形成されることが多い。

図３は、図２に示す緑色（Ｇ）の着色画素（８Ｇ）を拡大して示す説明図である。光電変換部（２）上方への着色画素（８Ｒ、８Ｇ、８Ｂ）の形成にはステッパーが用いられるが、図１及び図３に示すように、例えば、Ｓｉ基板（１）上に形成された光電変換部（２）のＸ軸方向の中央位置（Ｏ_PD）に対し、光電変換部（２）上方に形成された緑色の着色画素（８Ｇ）のＸ軸方向の中央位置（Ｏ_CF）は、符号（Ｄ_X ）で示すＸ軸方向の位置ズレが生じる。
このような位置ズレは、Ｙ軸方向においても同様に、Ｙ軸方向の位置ズレ（Ｄ_Y 、図示せず）として発生している。

着色画素（８Ｒ、８Ｇ、８Ｂ）の、このような光電変換部（２）に対する位置精度を検出する方法としては、例えば、金属顕微鏡を用い目視によって行う方法がある。金属顕微鏡を用いた、着色画素の光電変換部（２）に対する位置精度の検出方法は、位置を正確に読み取るための補助目盛りを有するバーニアによって行われる。

予め、Ｓｉ基板上に、アルミ又はクロムなどの金属薄膜でバーニア主尺を形成しておき、着色画素を形成する際に、着色画素の形成に用いる着色樹脂材料で補助目盛りであるバーニア副尺を形成する。この金属薄膜からなるクロムのバーニア主尺と着色樹脂材料からなるバーニア副尺により、目視で形成した着色画素の光電変換部（２）に対する位置精度を検出する。
この位置精度の検出は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）各色毎に、すなわち、第一色目、第二色目、第三色目と各色の着色画素が形成された時点で行われる。位置精度を検出する箇所は、１ウエハー当たり３０箇所程度である。

この金属顕微鏡を用いた位置精度の検出方法は、図１に示すように、Ｓｉ基板（１）上の光電変換部（２）とカラーフィルタ（８）との間には、前記絶縁膜（４）、遮光膜（５）、保護膜（６）、平坦化層（７）があるために、Ｓｉ基板（１）上に形成されたバーニ
ア主尺と平坦化層（７）上に形成されたバーニア副尺は、符号（Ｔ）で示すように離れた距離にある。

この距離（Ｔ）は、一般には金属顕微鏡の被写界の焦点深度よりも大きいために、位置精度の検出時には、目視で各々に焦点合わせを行うことになる。この焦点合わせの際の誤差や、目視であることによる個人差などからして、金属顕微鏡を用いた位置の検出精度は０．１μｍ程度のものである。
金属顕微鏡を用いた位置精度の検出方法は、簡便で廉価な方法であるが、０．１μｍ程度が検出精度の限界である。

近年、固体撮像素子の画素数が増大し、微細化が進んでいることからして、位置の検出精度を向上させることが強く求められている。

また、着色画素（８Ｒ、８Ｇ、８Ｂ）の光電変換部（２）に対する位置精度を検出する他の方法としては、重ね合わせの位置精度検出用の検査装置（以降、重ね合わせ検査装置と称す）を用い画像処理によって行う方法がある。
この重ね合わせ検査装置を用いた、着色画素の光電変換部（２）に対する位置精度の検出方法は、画像処理に用いる検出マークによって行われる。

予め、Ｓｉ基板上に、クロムなどの金属薄膜で検出マークを形成しておき、着色画素を形成する際に、着色画素の形成に用いる着色樹脂材料で検出マークを同時に形成する。このクロムの検出マークと着色材料からなる検出マークにより、画像処理で自動的に形成した着色画素（８Ｒ、８Ｇ、８Ｂ）の光電変換部（２）に対する位置精度を検出する。

この重ね合わせ検査装置を用いた位置精度の検出方法は、焦点合わせや、画像処理による位置精度の検出、算出を自動的に行うことからして、解像性が比較的悪い着色画素形成用のフォトレジストを用いても、０．０５μｍ程度の位置の検出精度が得られる。
重ね合わせ検査装置を用いた位置精度の検出方法は、精度よく、個人差のない検出方法であるが、重ね合わせ検査装置が高価であることが難点である。
特願２００２−３４１８０７

本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、ＣＣＤやＣＭＯＳ固体撮像素子の光電変換部上方に、ステッパーを用いて形成した着色画素の、光電変換部に対する位置精度を検出する際に、金属顕微鏡を用いた位置の検出精度より精度よく、且つ重ね合わせ検査装置を用いた位置の検出費用より廉価に着色画素の位置精度を検出することのできる着色画素の位置精度検出方法を提供することを課題とするものである。

本発明は、光電変換部上に、少なくとも平坦化層、カラーフィルタ、マイクロレンズを順次に積層した固体撮像素子の、光電変換部に対するカラーフィルタを構成する３色の着色画素の位置精度を検出する方法において、
１）Ｓｉ基板上に、重ね合わせ検査装置用の検出マーク（Ｍ１）を形成し、
２）平坦化層上に、第一色目の着色画素を形成する際に、第一色目の着色画素形成用の着色樹脂材料を用いて、第一色目の着色画素の形成と同時に、重ね合わせ検査装置用の着色した検出マーク（Ｍ２）と、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）用の着色したバーニア主尺を形成し、
３）重ね合わせ検査装置を用い、重ね合わせ検査装置用の検出マーク（Ｍ１）と、重ね合
わせ検査装置用の着色した検出マーク（Ｍ２）から光電変換部に対する第一色目の着色画素の位置精度（Ｓ１）を検出し、
４）第二色目の着色画素を形成する際に、第二色目の着色画素形成用の着色樹脂材料を用いて、第二色目の着色画素の形成と同時に、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）用の第二色目の着色したバーニア副尺（Ｆ１）を形成し、
５）ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）を用い、着色したバーニア主尺と、第二色目の着色したバーニア副尺（Ｆ１）から第一色目の着色画素に対する第二色目の着色画素の位置精度（Ｓ２）を検出し、該第一色目の着色画素に対する第二色目の着色画素の位置精度（Ｓ２）と、前記光電変換部に対する第一色目の着色画素の位置精度（Ｓ１）から光電変換部に対する第二色目の着色画素の位置精度（Ｓ３）を算出し、
６）第三色目の着色画素を形成する際に、第三色目の着色画素形成用の着色樹脂材料を用いて、第三色目の着色画素の形成と同時に、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）用の第三色目の着色したバーニア副尺（Ｆ２）を形成し、
７）ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）を用い、着色したバーニア主尺と、第三色目の着色したバーニア副尺（Ｆ２）から第一色目の着色画素に対する第三色目の着色画素の位置精度（Ｓ４）を検出し、該第一色目の着色画素に対する第三色目の着色画素の位置精度（Ｓ４）と、前記光電変換部に対する第一色目の着色画素の位置精度（Ｓ１）から光電変換部に対する第三色目の着色画素の位置精度（Ｓ５）を算出し、
光電変換部に対する、第一色目の着色画素の位置精度（Ｓ１）、第二色目の着色画素の位置精度（Ｓ３）、及び第三色目の着色画素の位置精度（Ｓ５）を検出、算出することを特徴とする着色画素の位置精度検出方法である。

本発明は、１）Ｓｉ基板上に、予め、重ね合わせ検査装置用の検出マーク（Ｍ１）を形成し、２）第一色目の着色画素を形成する際に、重ね合わせ検査装置用の着色材料からなる検出マーク（Ｍ２）と、ＳＥＭ用の着色材料からなるバーニア主尺を同時に形成し、３）重ね合わせ検査装置を用い、両検出マーク（Ｍ１、Ｍ２）から光電変換部に対する第一色目の着色画素の位置精度（Ｓ１）を検出し、４）第二色目の着色画素を形成する際に、ＳＥＭ用のバーニア副尺（Ｆ１）を形成し、５）ＳＥＭを用い、着色材料からなるバーニア主尺とバーニア副尺（Ｆ１）から第一色目の着色画素に対する第二色目の着色画素の位置精度（Ｓ２）を検出し、該位置精度（Ｓ２）と、前記位置精度（Ｓ１）から光電変換部に対する第二色目の着色画素の位置精度（Ｓ３）を算出し、６）第三色目の着色画素を形成する際に、ＳＥＭ用のバーニア副尺（Ｆ２）を形成し、７）ＳＥＭを用い、着色したバーニア主尺とバーニア副尺（Ｆ２）から第一色目の着色画素に対する第三色目の着色画素の位置精度（Ｓ４）を検出し、該位置精度（Ｓ４）と、前記位置精度（Ｓ１）から光電変換部に対する第三色目の着色画素の位置精度（Ｓ５）を算出し、光電変換部に対する、第一色目の着色画素の位置精度（Ｓ１）、第二色目の着色画素の位置精度（Ｓ３）、及び第三色目の着色画素の位置精度（Ｓ５）を検出するので、固体撮像素子の光電変換部上方に、ステッパーを用いて形成した着色画素の、光電変換部に対する位置精度を検出する際に、金属顕微鏡を用いた位置の検出精度より精度よく、且つ重ね合わせ検査装置を用いた位置の検出費用より廉価に着色画素の位置精度を検出することのできる着色画素の位置精度検出方法となる。

また、 ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）を用いた位置精度の検出において、測長するウエハーにスパッターコーティングなどを行う必要はなく、また、ウエハーを割断する必要はなく、直接に、その測定に供することができる。従って、製造現場において簡便に位置精度の検出が可能となる。

以下に本発明の実施の形態を詳細に説明する。
固体撮像素子の光電変換部上方に形成した着色画素（８Ｒ、８Ｇ、８Ｂ）の、光電変換部に対する位置を精度よく検出する方法としては、金属顕微鏡を用いる方法に代わり、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）を用いる方法が考えられる。
ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）は、高い分解能、高倍率が得られるので、この際には金属顕微鏡用のバーニアに代わり、より目盛りの細かいＳＥＭ用のバーニアを採用することにより高い精度で検出することがでる。

しかし、光電変換部（２）の上方には平坦化層（７）が設けられているために、Ｓｉ基板（１）上に、より目盛りの細かいＳＥＭ用のバーニア主尺を形成してもＳｉ基板の上下方向での段差がなくなるので、ＳＥＭではＳＥＭ用のバーニア主尺を検出することはできない。
すなわち、金属顕微鏡を用いた場合のように、Ｓｉ基板上にＳＥＭ用のバーニア主尺を設け、着色画素の形成と同時にＳＥＭ用の着色材料からなるバーニア副尺を設けるといった手法はとれない。

本発明は、Ｓｉ基板上の光電変換部と、第一色目の着色画素の位置精度の検出には、精度のよい重ね合わせ検査装置を用い、光電変換部と、第二色目以降の着色画素の位置精度の検出、算出には、精度のよい、且つ重ね合わせ検査装置よりも廉価なＳＥＭを用いることを特徴としている。

先ず、Ｓｉ基板（１）上に、予め、重ね合わせ検査装置用の検出マーク（Ｍ１）を、例えば、アルミ又はクロムなどの金属薄膜で形成する。

次に、絶縁膜（４）、遮光膜（５）、保護膜（６）、平坦化層（７）が順次に積層して形成された平坦化層（７）上に、第一色目、例えば、赤色の着色画素（８Ｒ）を形成する際に、赤色の着色画素（８Ｒ）形成用の着色樹脂材料を用いて、赤色の着色画素（８Ｒ）の形成と同時に、重ね合わせ検査装置用の赤色の検出マーク（Ｍ２）と、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）用の赤色のバーニア主尺を形成する。

次に、重ね合わせ検査装置を用い、予め、Ｓｉ基板（１）上に形成しておいた重ね合わせ検査装置用の検出マーク（Ｍ１）と、重ね合わせ検査装置用の赤色の検出マーク（Ｍ２）とから光電変換部（２）に対する赤色の着色画素（８Ｒ）の位置精度（Ｓ１）を検出する。

続いて、第二色目、例えば、緑色の着色画素を形成する際に、緑色の着色画素（８Ｇ）形成用の着色樹脂材料を用いて、緑色の着色画素（８Ｇ）の形成と同時に、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）用の緑色のバーニア副尺（Ｆ１）を形成する。

次に、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）を用い、上記赤色のバーニア主尺と、緑色のバーニア副尺（Ｆ１）とから赤色の着色画素（８Ｒ）に対する緑色の着色画素（８Ｇ）の位置精度（Ｓ２）を検出し、この赤色の着色画素（８Ｒ）に対する緑色の着色画素（８Ｇ）の位置精度（Ｓ２）と、前記光電変換部（２）に対する赤色の着色画素（８Ｒ）の位置精度（Ｓ１）とから光電変換部（２）に対する緑色の着色画素（８Ｇ）の位置精度（Ｓ３）を算出する。

続いて、第三色目、青色の着色画素を形成する際に、青色の着色画素（８Ｂ）形成用の着色樹脂材料を用いて、青色の着色画素（８Ｂ）の形成と同時に、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）用の青色のバーニア副尺（Ｆ２）を形成する。

次に、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）を用い、赤色のバーニア主尺と、青色のバーニア副
尺（Ｆ２）とから赤色の着色画素（８Ｒ）に対する青色の着色画素（８Ｂ）の位置精度（Ｓ４）を検出し、この赤色の着色画素（８Ｒ）に対する青色の着色画素（８Ｂ）の位置精度（Ｓ４）と、前記光電変換部（２）に対する赤色の着色画素（８Ｒ）の位置精度（Ｓ１）とから光電変換部（２）に対する青色の着色画素（８Ｂ）の位置精度（Ｓ５）を算出する。

このようにして、光電変換部（２）に対する、赤色の着色画素（８Ｒ）の位置精度（Ｓ１）、緑色の着色画素（８Ｇ）の位置精度（Ｓ３）、及び青色の着色画素（８Ｂ）の位置精度（Ｓ５）を検出、算出する。

つまり、Ｓｉ基板上の光電変換部と、第一色目（赤色）の着色画素（８Ｒ）の位置精度の検出には、精度のよい重ね合わせ検査装置を用い、光電変換部と、第二色目以降（緑色、青色）の着色画素（８Ｇ、８Ｂ）の位置精度の検出には、精度のよい、且つ重ね合わせ検査装置よりも廉価なＳＥＭを用いている。

従って、３色の着色画素（８Ｒ、８Ｇ、８Ｂ）の、光電変換部（２）に対する位置精度の検出全体において、金属顕微鏡を用いた場合よりも位置の検出精度はよく、且つ重ね合わせ検査装置を用いて３色の着色画素の位置精度を検出した場合よりも廉価に着色画素の位置精度を検出することになる。

ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）を用いた位置精度の検出において、測長するウエハーにスパッターコーティングなどを行う必要はなく、また、ウエハーを割断する必要はなく、直接に、その測定に供することができる。
従って、製造現場において簡便に位置精度の検出が可能となる。

ＣＣＤ固体撮像素子の一例の部分断面図である。 色分解フィルタの機能を有する着色画素の配列の一例を示す平面図である。 図２に示す緑色の着色画素を拡大して示す説明図である。

符号の説明

１・・・Ｓｉ基板
２・・・光電変換部
３・・・ＣＣＤレジスタ部
４・・・絶縁膜
５・・・遮光膜
６・・・保護膜
７・・・平坦化層
８・・・カラーフィルタ
８Ｒ・・・赤色の着色画素
８Ｇ・・・緑色の着色画素
８Ｂ・・・青色の着色画素
９・・・マイクロレンズ
Ｏ_PD・・・光電変換部のＸ軸方向の中央位置
Ｏ_CF・・・緑色の着色画素のＸ軸方向の中央位置
Ｄ_X ・・・緑色の着色画素のＸ軸方向の位置ズレ
Ｄ_Y ・・・緑色の着色画素のＹ軸方向の位置ズレ
Ｔ・・・Ｓｉ基板上に形成されたクロムのバーニア主尺と平坦化層上に形成されたバーニア副尺の距離

Claims (1)

1. 光電変換部上に、少なくとも平坦化層、カラーフィルタ、マイクロレンズを順次に積層した固体撮像素子の、光電変換部に対するカラーフィルタを構成する３色の着色画素の位置精度を検出する方法において、
   １）Ｓｉ基板上に、重ね合わせ検査装置用の検出マーク（Ｍ１）を形成し、
   ２）平坦化層上に、第一色目の着色画素を形成する際に、第一色目の着色画素形成用の着色樹脂材料を用いて、第一色目の着色画素の形成と同時に、重ね合わせ検査装置用の着色した検出マーク（Ｍ２）と、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）用の着色したバーニア主尺を形成し、
   ３）重ね合わせ検査装置を用い、重ね合わせ検査装置用の検出マーク（Ｍ１）と、重ね合わせ検査装置用の着色した検出マーク（Ｍ２）から光電変換部に対する第一色目の着色画素の位置精度（Ｓ１）を検出し、
   ４）第二色目の着色画素を形成する際に、第二色目の着色画素形成用の着色樹脂材料を用いて、第二色目の着色画素の形成と同時に、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）用の第二色目の着色したバーニア副尺（Ｆ１）を形成し、
   ５）ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）を用い、着色したバーニア主尺と、第二色目の着色したバーニア副尺（Ｆ１）から第一色目の着色画素に対する第二色目の着色画素の位置精度（Ｓ２）を検出し、該第一色目の着色画素に対する第二色目の着色画素の位置精度（Ｓ２）と、前記光電変換部に対する第一色目の着色画素の位置精度（Ｓ１）から光電変換部に対する第二色目の着色画素の位置精度（Ｓ３）を算出し、
   ６）第三色目の着色画素を形成する際に、第三色目の着色画素形成用の着色樹脂材料を用いて、第三色目の着色画素の形成と同時に、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）用の第三色目の着色したバーニア副尺（Ｆ２）を形成し、
   ７）ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）を用い、着色したバーニア主尺と、第三色目の着色したバーニア副尺（Ｆ２）から第一色目の着色画素に対する第三色目の着色画素の位置精度（Ｓ４）を検出し、該第一色目の着色画素に対する第三色目の着色画素の位置精度（Ｓ４）と、前記光電変換部に対する第一色目の着色画素の位置精度（Ｓ１）から光電変換部に対する第三色目の着色画素の位置精度（Ｓ５）を算出し、
   光電変換部に対する、第一色目の着色画素の位置精度（Ｓ１）、第二色目の着色画素の位置精度（Ｓ３）、及び第三色目の着色画素の位置精度（Ｓ５）を検出、算出することを特徴とする着色画素の位置精度検出方法。

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