JP2007078973A - カラーフィルタ製造装置およびこれを用いたカラーフィルタの製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】インクジェットヘッドと基板すなわち固体撮像素子側との重ね合わせ精度を、±1μm以下で制御し、低コストで高品質のカラーフィルタを形成することのできる製造装置を提供する。
【解決手段】基台と、前記基台の表面に、カラーフィルタの形成ピッチに符合するように所定の間隔で所定の色のカラーフィルタ材を注入するように配列された注入ノズルとを備えたノズルユニットと、前記注入ノズルが、カラーフィルタを形成すべき基板の所定の位置に対向配置されるように、前記基台と前記基板とを位置合わせして、前記基板の位置を調整する位置調整手段とを備え、前記複数の注入ノズルから前記基板表面に、一度に前記カラーフィルタ材料を充填可能に形成される。
【選択図】 図1

Description

本発明は、カラーフィルタ製造装置およびこれを用いたカラーフィルタの製造方法にかかり、特に固体撮像素子へのカラーフィルタの形成に関する。
エリアセンサ等に用いられるCCDを用いた固体撮像素子は、フォトダイオードなどからなる光電変換部と、この光電変換部からの信号電荷を転送するための電荷転送電極を備えた電荷転送部とを有する。電荷転送電極は、半導体基板に形成された電荷転送路上に複数個隣接して配置され、順次駆動される。
近年、カメラの小型化に伴い、固体撮像素子においては、高解像度化、高感度化への要求は高まる一方であり、ギガピクセル以上まで撮像画素数の増加が進んでいる。
そこで、感度を向上させるために、画素表面にマイクロレンズを設け、フォトダイオードへの集光効率を高める構造が種々提案されている。
そのひとつに例えば、光電変換部を構成するフォトダイオード部の直上位置の平坦化層上にパッシベーション膜を兼ねた層内レンズを形成し、さらにその上層に平坦化膜(透光性膜)、カラーフィルタ、平坦化膜、オンチップレンズとを順次形成した構造が提案されている。
一般に、MOS型やCCD型の固体撮像素子等に用いられているカラーフィルタは、3色もしくは4色の着色されたレジストを使用し、レジストコートプロセス及び現像プロセスによって、平坦面上にパターン形成されている(例えば、下記特許文献1参照)。
カラーフィルタは次のようにして製造される。まず、平坦面上に例えばB(青色)のカラーフィルタ材料である、感光基を含む着色レジストを塗布し、露光及び現像処理を行ってパターニングした後、熱処理又は紫外線照射を行って固着させることで、Bのカラーフィルタを形成する。次に、Bのカラーフィルタ及び平坦面上に、例えばG(緑色)のカラーフィルタ材料である着色レジストを塗布し、露光及び現像処理を行ってパターニングした後、熱処理又は紫外線照射を行って固着させることで、Gのカラーフィルタを形成する。最後に、B,Gのカラーフィルタ及び平坦面上に、例えばR(赤色)のカラーフィルタ材料である着色レジストを塗布し、露光及び現像処理を行ってパターニングした後、熱処理又は紫外線照射を行って固着させることで、Rのカラーフィルタを形成する。
このように、従来、固体撮像素子におけるカラーフィルタ層としては、感光基を有する顔料分散レジストが用いられており、露光・現像により、各色のパターン形成を行っている。この場合、各色のカラーフィルタを形成するために、各色に対して同一工程を3回繰り返す必要があり、マスクのあわせずれによる境界部の盛り上がりなど、品質維持が困難であるという問題があった。また工数が多く、歩留まりも低下し、コスト増となるという問題もある。
そこで、近年、インクジェット方式を採用したカラーフィルタの製造方法が提案されている。インクジェット方式のカラーフィルタの製造方法は、インクジェットヘッドのノズルからRGBの各色を基板上に吐き出させて着色層を形成する方法である。この方法によれば必要な場所に必要な量のインクを必要なときに付着させることができるため、インクが無駄にならず、R,G,Bの各着色層を同時に形成することができ、コストの低減をはかることのできる技術として注目されている(特許文献2)。
特開平6−273611号公報 特開2001−272522号公報
このような状況の中で、インクジェット方式によるインクジェットヘッドと固体撮像素子基板側との重ね合わせは、重要であり、近年高画素化および微細化が進み、数ミクロンピッチで画素が設けられているため、高精度の重ね合わせ技術が要求される。従来の技術としてインクジェットプリンターのように、座標データをパルス制御方式のステッピングモータにてステージ移動する方法が考えられるが、現状のパルス波形精度やモータ駆動制御の性能では数ミクロンレベルの位置あわせは困難であった。
本発明は前記実情に鑑みてなされたもので、インクジェットヘッドと基板すなわち固体撮像素子側との重ね合わせ精度を、±1μm以下で制御し、低コストで高品質のカラーフィルタを形成することのできる製造装置を提供することを目的とする。
また、取り扱いが容易で、短時間でカラーフィルタを提供することの可能な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。
そこで本発明のカラーフィルタ製造装置は、基台と、前記基台の表面に、カラーフィルタの形成ピッチに符合するように所定の間隔で所定の色のカラーフィルタ材を注入するように配列された複数の注入ノズルとを備えたノズルユニットと、前記注入ノズルが、カラーフィルタを形成すべき基板の所定の位置に対向配置されるように、前記基台と前記基板とを位置合わせして、前記基板の位置を調整する位置調整手段とを備え、前記複数の注入ノズルから前記基板表面に、一度に前記カラーフィルタ材料を充填可能に形成されたことを特徴とする。
この構成により、高精度の位置あわせが可能となり、また、ステッピングモータなどでステージ移動を行うことなく一度に供給可能であるため、短時間で高精度のカラーフィルタ形成が可能となる。
また、本発明は、上記カラーフィルタ製造装置において、前記位置調整手段が、前記基板をXY方向に移動可能な搬送ステージと、前記基台に配設され、透光性材料で構成されたアライメントマークと、前記基台の上方に配設された赤外線ランプと、前記基台に設けられたアライメントマークと、前記基板に設けられたアライメントマークとを透過した前記赤外線ランプからの光を検出する検出手段とで構成されたものを含む。
この構成により、赤外線ランプからの透過光を用いたアライメントにより位置合わせを行うようにしているため、極めて容易に位置あわせが可能となり、信頼性の高いカラーフィルタの形成が可能となる。なお前記検出手段は、前記透過光に基づき画像を形成する画像形成手段を含むようにすればより効率よいアライメントが実現可能となる。
また、本発明は、上記カラーフィルタ製造装置において、前記基板が固体撮像素子基板であり、固体撮像素子の画素ピッチにあわせて前記ノズルピッチが調整可能に構成されたものを含む。
この構成により、種々の固体撮像素子に対し、適用可能となる。
また、本発明は、上記カラーフィルタ製造装置において、前記注入ノズルは充填量調整手段を備え、前記カラーフィルタ材料の充填量は個々に調整可能であるものを含む。
この構成により、容易に所望のフィルタ形成が可能となる。
また、本発明は、上記カラーフィルタ製造装置において、前記充填量調整手段が、圧電素子により、前記注入ノズルからの噴射量を制御可能に構成したものを含む。
この構成により、圧電素子を用いて電気的に噴射量制御が可能あり、高精度の制御が可能となる。
また、本発明は、上記カラーフィルタ製造装置において、前記充填量調整手段は、加熱手段を具備し、温度による泡の膨張を用いたバブル方式の調整手段であるものを含む。
この構成により、容易に高精度の噴射量制御が可能となる。
また、本発明は、上記カラーフィルタ製造装置において、前記ノズルユニットは、各色のカラーフィルタ材料を貯液する貯液タンクを備え、前記各貯液タンクと、各注入ノズルユニットとが着脱可能に構成されたものを含む。
この構成により、材料の取替えが容易となり、色の取替えも可能である。
また、本発明は、上記カラーフィルタ製造装置において、前記貯液タンクは、残量を検出する残量検出手段を具備したものを含む。
この構成により、自動化が容易であり、残液量が少なくなると、貯液タンクを取り替えたり、カラーフィルタ材料の補填などの対応が容易となる。
また、本発明は、上記カラーフィルタ製造装置において、さらに塗布されたカラーフィルタ材料を乾燥する乾燥手段を具備したものを含む。
この構成により、カラーフィルタ材料の供給から乾燥まで一括してこの装置で対応できる。
また、本発明は、上記カラーフィルタ製造装置において、前記乾燥手段は加熱手段であるものを含む。
また、本発明は、上記カラーフィルタ製造装置において、前記乾燥手段は真空乾燥手段であるものを含む。
また、本発明は、上記カラーフィルタ製造装置において、前記乾燥手段は前記注入ノズル毎に配設されたものを含む。
この構成により、損傷を防止し、製造歩留まりの向上を図ることが可能となる。
また、本発明は、基台の表面に、カラーフィルタの形成ピッチに符合するように所定の間隔で所定の色のカラーフィルタ材を注入するように配列された複数の注入ノズルを備えたノズルユニットを、前記注入ノズルが、カラーフィルタを形成すべき基板の所定の位置に対向配置されるように、前記基台と前記基板とを位置合わせして、前記基板の位置を調整する位置調整工程と、前記注入ノズルから、前記基板に対して一度にカラーフィルタ材を供給する供給工程と、供給されたカラーフィルタ材を乾燥し、カラーフィルタを形成する工程とを含む。
この構成により、短時間で位置ずれなしに一括形成が可能となる。
また、本発明は、前記位置調整工程は、前記基板をXY方向に移動可能な搬送ステージに載置し、前記基台に配設され、透光性材料で構成されたアライメントマークに対し、前記基台の上方に配設された赤外線ランプで赤外線を照射し、前記基台に設けられたアライメントマークと、前記基板に設けられたアライメントマークとを透過した前記赤外線ランプからの光を検出することにより、光量が最大となるように位置調整を行う工程を含む。
この構成により、位置あわせが簡単である。
また、本発明は、前記位置調整工程は、前記基台に設けられたアライメントマークと、前記基板に設けられた前記アライメントマークとを透過した光に基づく画像を調整することにより位置あわせを行う工程を含む。
この構成により、極めて効率よく位置あわせを行うことが可能となる。
本発明によれば、インクジェットなどの供給ノズルと基板側の重ねあわせを、±1μm以下で制御できるため、低コストで高品質のカラーフィルタを提供が可能となる。
一旦位置合わせをすれば、そのまま供給が一括して行われるため、ステッピングモータを用いて順次供給していた場合のように、誤差を引きずらないことから、比較的位置あわせが容易となり、作業効率が向上する。
以下本発明の実施の形態について図面を参照しつ説明する。
(実施の形態1)
このカラーフィルタ製造装置は、図1に原理説明図、図2にこの製造装置の外観図、図3にノズルユニットの要部図を示すように、固体撮像素子へのカラーフィルタの形成を行うための装置であり、ノズルユニット100を用いて固体撮像素子基板1に設けられたカラーフィルタの形成領域CRのピッチに符合するように所定の間隔で所定の色のカラーフィルタ材50R,50G,50Bを一度に注入するように構成したことを特徴とするものである。そして、ノズルユニット100は、位置調整手段200によって注入ノズル104が、カラーフィルタを形成すべき基板1の所定の位置に対向配置されるように、前記基台101と前記基板1とを位置合わせして、前記基板1の位置を調整する位置調整手段200とを備え、前記複数の注入ノズル104から前記基板1表面に、一度に前記カラーフィルタ材料を充填可能に形成されたことを特徴とする。図4(a)はノズルユニットの下面図、図4(b)はこのノズルユニットを用いて充填された後の基板1を示す図である。
また、この位置調整手段200は、前記基板1をXY方向に移動可能な搬送ステージ115と、前記基台101に配設され、透光性材料で構成されたアライメントマーク111と、前記基台101の上方に配設された赤外線ランプ110と、前記基台101に設けられたアライメントマーク111と、前記基板1に設けられたアライメントマーク112とを透過した前記赤外線ランプ110からの光や画像を検出する受光手段113と、この受光手段113の出力に応じて駆動手段114を駆動して搬送ステージ115を駆動するように構成される。
またノズルユニット100はその要部拡大図を図3に示すように、基台101に対して着脱自在に配設された貯液タンク102と、供給量制御手段103を介してノズル104の開口が調整されるようになっている。ここで供給量制御手段103は圧電素子を用いて構成され供給量の制御が可能となっている。
位置あわせに際しては、赤外線ランプ110を点灯し、ノズルユニット100の基台101に設けられたアライメントマーク111からの透過光を基板1に設けられたアライメントマーク112を介して受光手段113で受け、受光手段113上で2つのマークが重なり1つのマークに見えるまで駆動手段114を駆動して搬送ステージ115を動かしている。
この構成により、高精度の位置あわせが可能となり、一度に供給可能であるため、短時間で高精度のカラーフィルタの形成が可能となる。
また、赤外線ランプからの透過光を用いたアライメントにより位置合わせを行うようにしているため、極めて容易に位置あわせが可能となり、信頼性の高いカラーフィルタの形成が可能となる。
次にこのカラーフィルタ製造装置を用いて、固体撮像素子にカラーフィルタを形成する方法について説明する。ここでまずカラーフィルタの形成に先立ち固体撮像素子について説明する。
図5は断面概要図、図6は平面概要図であり、図5は図6のA−A断面図である。カラーフィルタの形成工程を図7(a)および(b)に示す。
本実施の形態の固体撮像素子は、図5および図6に示すように、光電変換部と、前記光電変換部で生起された電荷を転送する電荷転送電極を備えた電荷転送部とを具備した光導波路構造の固体撮像素子であって、電荷転送電極が、電極間絶縁膜4を介して交互に並置して構成された、第1層導電性膜からなる第1の電極3aと、第2層導電性膜からなる第2の電極3bとで構成され、前記電荷転送電極3の周りを、絶縁膜5を介して形成されたタングステン薄膜からなる遮光膜6を具備し、前記電荷転送電極の上層に、前記光電変換部上で光導波路を形成する開口部をもつ、反射面を形成するアルミニウム薄膜からなる金属膜7を備えている。ここで、金属膜7は、前記電荷転送部上に形成された平坦化膜10を介して形成されており、互いに電気的に絶縁分離されており、この金属膜7は、前記開口部が、前記光電変換部上で、上方に行くに従って径大となる逆円錐台状をなすように形成され、表面が反射面を構成している。なおここで遮光性の膜である金属膜7に形成された開口部にカラーフィルタ材料を充填するようにしたが、必ずしも遮光膜を用いる必要はない。
カラーフィルタの形成に際しては、図7(a)に示すように、金属膜7の形成された固体撮像素子基板を用意する。
そして、図7(b)に示すように、この開口部内に、図1乃至3を用いて説明したカラーフィルタ製造装置を用いてカラーフィルタ材料50R,50G,50Bが充填される。
他の構造は通例の固体撮像素子と同様であり、光電変換部30と、前記光電変換部30で生起せしめられた電荷を転送する電荷転送電極を備えた電荷転送部40とを具備し、光電変換部に開口を持つように形成された金属膜7の下層に、表面がほぼ平坦となるように前記光電変換部に充填されたBPSG(borophospho silicate glass)膜からなる平坦化膜10が形成されており、また金属膜7およびフィルタ50の上層には、有機系膜からなる透光性膜からなるフィルタ上平坦化膜61を介して、レンズ60を形成している。
上記構成によれば、電荷転送電極3が遮光膜6で被覆されると共に、光導波路が金属膜7で囲まれているため、集光性が高められ、この上に形成されるマイクロレンズ60の位置ずれによる影響をうけることがなく、ケラレによる感度のばらつきがない、固体撮像素子を提供することが可能となる。また、金属膜が、平坦化膜上に形成されるためパターニング精度を高めることができ、高精度の開口形成が可能となり、この開口に位置あわせ手段を用いて高精度に位置あわせされたノズルユニットを用いてカラーフィルタ材料が充填される。従ってさらなる微細化も可能で高感度で信頼性の高い固体撮像素子の形成が可能となる。
これにより、良好に表面の平坦化をはかることができ、大幅に薄型化をはかることができる。
また、シリコン基板1には、複数のフォトダイオード領域30が形成され、フォトダイオード領域30で検出した信号電荷を転送するための電荷転送部40が、フォトダイオード領域30の間に形成される。
電荷転送電極によって転送される信号電荷が移動する電荷転送チャネルは、図6では図示していないが、電荷転送部40が延在する方向と交差する方向に、形成される。
なお、図6においては、電極間絶縁膜の内、フォトダイオード領域30と電荷転送部40との境界近傍に形成されるものの記載を省略してある。
また、シリコン基板1内には、フォトダイオード、電荷転送チャネル、チャネルストップ領域、電荷読み出し領域が形成される。
また、この例では、いわゆるハニカム構造の固体撮像素子を示しているが、正方格子型の固体撮像素子にも適用可能であることはいうまでもない。
この方法によれば、0.1μm程度の電極間距離をもつ微細化構造の固体撮像素子においても、集光効率を向上し、薄型化、高感度化をはかることができ、高精度で信頼性の高い固体撮像素子を得ることが可能となる。
なお、製造方法については前記実施の形態に限定されることなく適宜変更可能である。
また、上記カラーフィルタ製造装置は、固体撮像素子の画素ピッチにあわせて前記ノズルピッチを調整可能に構成される。
また、本発明は、注入ノズルは充填量調整手段を備え、前記カラーフィルタ材料の充填量は、温度による泡の膨張を用いたバブル方式の調整手段を用いて個々に調整可能である。
また、ノズルユニットは、各色のカラーフィルタ材料を貯液する貯液タンクを備えているが、この各色の貯液タンクと、注入ノズルユニットとが着脱可能に構成されていてもよく、これにより、材料の取替えが容易となり、色の取替えも可能である。
また、貯液タンクに、残量を検出する残量検出手段を設けることにより、自動制御が容易であり、残液量が少なくなると、貯液タンクを取り替えたり、カラーフィルタ材料の補填などの対応が容易となる。
また、本発明は、塗布されたカラーフィルタ材料を乾燥する乾燥手段を具備していてもよい。
さらに、本発明は、上記カラーフィルタ製造装置において、前記乾燥手段は前記注入ノズル毎に配設されるようにすれば、損傷を防止し、製造歩留まりの向上を図ることが可能となる。
加えて、前記実施の形態では、固体撮像素子へのカラーフィルタの形成について説明したが、CMOSイメージセンサ、薄膜EL素子など他の電子デバイスへの適用が可能であることはいうまでもない。
以上説明してきたように、本発明によれば、高精度で位置ずれのないカラーフィルタの形成が可能となるため、小型カメラなど、微細でかつ高感度の固体撮像装置の形成に有効である。
本発明の実施の形態1のカラーフィルタ製造装置の概念を示す図 同カラーフィルタ製造装置を示す図 同カラーフィルタ製造装置で用いられるノズルユニットの要部拡大図 同カラーフィルタ製造装置で用いられるノズルユニットと、カラーフィルタの形成される基板との対応を示す説明図 本発明の実施の形態1の装置で形成される固体撮像素子を示す断面図 本発明の実施の形態1の装置で形成される固体撮像素子を示す上面図 本発明の実施の形態1の装置を用いた固体撮像素子へのカラーフィルタの形成工程を示す断面図。
符号の説明
1 シリコン基板
2 ゲート酸化膜
3a 第1層多結晶シリコン膜
3b 第2層多結晶シリコン膜
4 電極間絶縁膜
5 酸化シリコン膜(絶縁膜)
6 遮光膜
7 金属膜
10 平坦化膜(BPSG膜)
30 光電変換部
40 電荷転送部
50 カラーフィルタ
60 マイクロレンズ
61 平坦化膜
CR カラーフィルタ形成領域
50R,50G,50B カラーフィルタ材
100 ノズルユニット
101 基台
102 貯液タンク
103 注入量制御手段
104 注入ノズル
110 赤外線ランプ
111 アライメントマーク
112 アライメントマーク
113 受光手段
114 駆動手段
115 搬送ステージ
200 位置調整手段

Claims (16)

  1. 基台と、前記基台の表面に、カラーフィルタの形成ピッチに符合するように所定の間隔で所定の色のカラーフィルタ材を注入するように配列された複数の注入ノズルとを備えたノズルユニットと、
    前記注入ノズルが、カラーフィルタを形成すべき基板の所定の位置に対向配置されるように、前記基台と前記基板とを位置合わせして、前記基板の位置を調整する位置調整手段とを備え、
    前記複数の注入ノズルから前記基板表面に、一度に前記カラーフィルタ材料を充填可能に形成されたカラーフィルタ製造装置。
  2. 請求項1に記載のカラーフィルタ製造装置であって、
    前記位置調整手段は、
    前記基板をXY方向に移動可能な搬送ステージと、
    前記基台に配設され、透光性材料で構成されたアライメントマークと、
    前記基台の上方に配設された赤外線ランプと、
    前記基台に設けられたアライメントマークと、
    前記基板に設けられたアライメントマークとを透過した前記赤外線ランプからの光を検出する検出手段とで構成されたカラーフィルタ製造装置。
  3. 請求項2に記載のカラーフィルタ製造装置であって、
    前記位置調整手段は、
    前記検出手段は赤外線透過光に基づく透過画像を検出する画像生成手段を含むカラーフィルタ製造装置。
  4. 請求項1に記載のカラーフィルタ製造装置であって、
    前記基板が固体撮像素子基板であり、固体撮像素子の画素ピッチにあわせて前記ノズルユニットを交換可能に構成されたカラーフィルタ製造装置。
  5. 請求項1に記載のカラーフィルタ製造装置であって、
    前記注入ノズルは充填量調整手段を備え、
    前記カラーフィルタ材料の充填量は個々に調整可能であるカラーフィルタ製造装置。
  6. 請求項5に記載のカラーフィルタ製造装置であって、
    前記充填量調整手段は、圧電素子により、前記注入ノズルからの噴射量を制御可能に構成したカラーフィルタ製造装置。
  7. 請求項5に記載のカラーフィルタ製造装置であって、
    前記充填量調整手段は、加熱手段を具備し、温度による泡の膨張を用いたバブル方式の調整手段であるカラーフィルタ製造装置。
  8. 請求項1に記載のカラーフィルタ製造装置であって、
    前記ノズルユニットは、各色のカラーフィルタ材料を貯液する貯液タンクを備え、前記貯液タンクと、各注入ノズルとが着脱可能に構成されたカラーフィルタ製造装置。
  9. 請求項8に記載のカラーフィルタ製造装置であって、
    前記貯液タンクは、残量を検出する残量検出手段を具備したカラーフィルタ製造装置。
  10. 請求項1に記載のカラーフィルタ製造装置であって、
    さらに塗布されたカラーフィルタ材料を乾燥する乾燥手段を具備したカラーフィルタ製造装置。
  11. 請求項10に記載のカラーフィルタ製造装置であって、
    前記乾燥手段は加熱手段であるカラーフィルタ製造装置。
  12. 請求項10に記載のカラーフィルタ製造装置であって、
    前記乾燥手段は真空乾燥手段であるカラーフィルタ製造装置。
  13. 請求項10乃至12のいずれかに記載のカラーフィルタ製造装置であって、
    前記乾燥手段は前記注入ノズル毎に配設されたカラーフィルタ製造装置。
  14. 基台の表面に、カラーフィルタの形成ピッチに符合するように所定の間隔で所定の色のカラーフィルタ材を注入するように配列された複数の注入ノズルを備えたノズルユニットを、
    前記注入ノズルが、カラーフィルタを形成すべき基板の所定の位置に対向配置されるように、前記基台と前記基板とを位置合わせして、前記基板の位置を調整する位置調整工程と、
    前記注入ノズルから、前記基板に対して一度にカラーフィルタ材を供給する供給工程と、
    供給されたカラーフィルタ材を乾燥し、カラーフィルタを形成する工程とを含むカラーフィルタの製造方法。
  15. 請求項14に記載のカラーフィルタの製造方法であって、
    前記位置調整工程は、
    前記基板をXY方向に移動可能な搬送ステージに載置し、
    前記基台に配設され、透光性材料で構成されたアライメントマークに対し、
    前記基台の上方に配設された赤外線ランプで赤外線を照射し、
    前記基台に設けられたアライメントマークと、前記基板に設けられたアライメントマークとを透過した前記赤外線ランプからの光を検出することにより、光量が最大となるように位置調整を行うカラーフィルタの製造方法。
  16. 請求項15に記載のカラーフィルタの製造方法であって、
    前記位置調整工程は、前記基台に設けられたアライメントマークと、前記基板に設けられた前記アライメントマークとを透過した光に基づく画像を調整することにより位置あわせを行う工程を含むカラーフィルタ製造方法。
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