JP2009168874A - カラーフィルタ製造用のフォトマスク - Google Patents

Abstract

【課題】各色のフィルタ間に空隙部を生じることなくカラーフィルタを製造するためのフォトマスクを提供する。
【解決手段】 固体撮像素子に用いるカラーフィルタであって、３色以上の矩形のフィルタを備え、少なくとも１色のフィルタは角部が接して非孤立的に配列されているカラーフィルタを製造するために、非孤立的に配列されるフィルタ用のパターンとして角部を切り欠いた矩形のパターンを有するフォトマスクと、孤立的に配列されるフィルタ用のパターンとして、角部にサブパターンをもつ矩形のパターンを有するフォトマスクと、をセットとすることにより、各色のフィルタ間に空隙部の存在しないカラーフィルタを製造することができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、カラーフィルタ製造用のフォトマスクに係り、特に固体撮像素子に用いられるカラーフィルタを製造するためのフォトマスクに関する。

近年、静止画像、動画像を撮像するデジタルカメラ、ビデオカメラが様々な分野で普及してきている。これらのカメラには、ＣＣＤ、ＣＭＯＳ等の固体撮像素子が用いられているが、半導体技術の進歩とともに、固体撮像素子の画素の微細化が一段と進み、カメラ自体の小型化も進んできている。このような固体撮像素子には、カラーフィルタと、受光部に入射する光量を増し感度を向上させるためのマイクロレンズとが各画素の受光部に対応して設けられている。図１２は、このような固体撮像素子のカラーフィルタを構成する各色フィルタの配置を示す図であり、図１３は図１２のＩ−Ｉ線でのカラーフィルタとマイクロレンズを示す断面図であり、図１４は図１２のII−II線でのカラーフィルタとマイクロレンズを示す断面図である。図示のように、カラーフィルタ５１は、平坦化層５２上に形成されており、矩形の赤色フィルタ５１Ｒ、緑色フィルタ５１Ｇ、青色フィルタ５１Ｂが配列されたものである。このカラーフィルタ５１上に平坦化層５３を介してマイクロレンズ５５が配設されている。カラーフィルタ５１を構成する矩形の赤色フィルタ５１Ｒ、緑色フィルタ５１Ｇ、青色フィルタ５１Ｂは、隣接する辺と辺は接しているものの、角部は丸みを帯びているため、空隙部Ｖが存在している。このような空隙部Ｖには、いずれの色のフィルタも存在しないか、もしくは、部分的にしか存在しないため、この部位に入射する光線は、適切な色分離が行われず、また、空隙部Ｖの界面で屈折して迷光となり、その結果、クロストーク等を引き起こすという問題があった。さらに、空隙部Ｖ上の平坦化層５３の表面にも凹凸を生じ、平坦化層５３上に形成されるマイクロレンズの変形等を引き起こすという問題もあった。

このような空隙部の発生を防止するために、ポジ型のカラーレジストの対応するマスクパターン遮光部の寸法調整と、オーバー露光を行うことにより空隙部を生じないように色フィルタを形成したり、各角部に接する各色フィルタのうち、いずれか１色のフィルタで角部を埋めることが提案されている（特許文献１）。
特開２００６−２６９７７５号公報

しかし、上述の方法では、適切なオーバー露光とするための紫外線照射エネルギーの制御が必要であり、また、色フィルタのエッジ部をテーパー形状とするために紫外線照射に照度分布をもたせる必要があり、工程管理が煩雑であるという問題があった。
さらに、上述の方法では、ポジ型のカラーレジストの露光に使用するマスクとして、角部に微小な遮光パターンを設けたマスクを使用することにより、いずれか１色のフィルタで角部が埋められる。しかし、市松状に存在する緑色フィルタと、他の２色のフィルタとでは、角部における露光時のコントラストの減少程度が異なる。このため、角部に微小な遮光パターンを設けたマスクを使用するだけでは、空隙部の発生を防止できない場合があり、また、逆に角部に盛り上がりが発生し、カラーフィルタ上に形成される平坦化層の表面に凹凸を生じ、マイクロレンズの変形等を引き起こすという問題もあった。
本発明は、上記のような実情に鑑みてなされたものであり、各色のフィルタ間に空隙部を生じることなくカラーフィルタを製造するためのフォトマスクを提供することを目的とする。

このような目的を達成するために、本発明は、角部を近接させて矩形のパターンが配設されたフォトマスクでは、角部が双方のパターンから露光されるため、角部における露光時のコントラストの減少が、近接パターンが存在しない矩形パターンの角部における露光時のコントラストの減少よりも少ないことに着目してなされたものである。
すなわち、本発明は、固体撮像素子に用いるカラーフィルタであって、３色以上の矩形のフィルタを備え、少なくとも１色のフィルタは角部が接して非孤立的に配列されているカラーフィルタを製造するためのフォトマスクにおいて、非孤立的に配列されるフィルタ用のフォトマスクであって、角部を切り欠いた矩形のパターンを有するフォトマスクと、孤立的に配列されるフィルタ用のフォトマスクであって、角部にサブパターンをもつ矩形のパターンを有するフォトマスクと、からなる複数のフォトマスクの組み合わせであるような構成とした。

本発明の他の態様として、矩形の辺を延長した交点から角部の切り欠きまでの最大距離を切り欠き寸法とし、また、角部から外側に突出するサブパターンの最大長をサブパターン寸法としたときに、該切り欠き寸法およびサブパターン寸法は、マスク露光条件での露光装置の解像限界以下の寸法であるような構成とした。
本発明の他の態様として、前記サブパターンは、矩形パターンから離間して配置されているような構成とした。
本発明の他の態様として、角部を切り欠いた矩形のパターンを有する前記フォトマスクは、緑色フィルタを形成するためのフォトマスクであり、角部にサブパターンをもつ矩形のパターンを有する前記フォトマスクは、赤色フィルタおよび青色フィルタを形成するためのフォトマスクであるような構成とした。

このような本発明では、角部を切り欠いた矩形のパターンを有するフォトマスクにおいて、角部に設けられた切り欠きが、近接したパターンの双方からの露光量を適度に抑制するので、角部がシャープに接した非孤立的なフィルタを形成することができ、また、角部にサブパターンをもつ矩形のパターンを有するフォトマスクにおいて、サブパターンが、角部における露光時のコントラストの減少を抑制するので、丸みを帯びずシャープな形状の角部をもつ孤立的なフィルタを形成することができ、これにより、各色のフィルタ間に空隙部を生じることなくカラーフィルタを製造できるという効果が奏される。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は本発明のフォトマスクを使用して作製したカラーフィルタの一例を示す図である。図１に示されるカラーフィルタ１は、矩形の赤色フィルタ１Ｒ、緑色フィルタ１Ｇ、青色フィルタ１Ｂが配列されたものである。緑色フィルタ１Ｇは角部が接し市松状に配列された非孤立的フィルタである。また、赤色フィルタ１Ｒと青色フィルタ１Ｂは、緑色フィルタ１Ｇの非形成部位に配列された孤立的フィルタである。そして、このカラーフィルタ１は、各色のフィルタ間に空隙部をもたないものである。
次に、上記のカラーフィルタ１を形成するためのフォトマスクを例として、本発明のフォトマスクを説明する。

図２は、非孤立的に配列される緑色フィルタ１Ｇ用のフォトマスクを示す部分平面図であり、図３は図２に示されるフォトマスクの１個のパターンを示す図である。図２および図３において、フォトマスク１１Ｇは、矩形のパターン１２Ｇを市松状に備えており、各矩形パターン１２Ｇは、４個の角部１２ａに切り欠き部１３を有している。尚、本発明におけるフォトマスクが有するパターンとは、赤色フィルタ１Ｒ、緑色フィルタ１Ｇ、青色フィルタ１Ｂの形成にネガ型感光材料を使用する場合には、光透過部であり、一方、ポジ型感光材料を使用する場合には、遮光部である。以下の説明においても同様である。

本発明者は、角部を接して矩形のパターンが非孤立的に配列されたフォトマスクでは、角部における露光時のコントラストの減少が、矩形のパターンが孤立的に配列されたフォトマスクの場合と異なることに着目した。すなわち、角部を接して矩形のパターンが非孤立的に配列されたフォトマスクでは、角部が双方のパターンから露光されるため、角部における露光時のコントラストの減少は、近接パターンが存在しない矩形パターンの角部における露光時のコントラストの減少よりも少ないものとなる。このため、上記のような角部の切り欠き部１３を備えていないフォトマスク（角部を接して矩形のパターンが非孤立的に配列されたフォトマスク）を使用して露光、現像して形成されたフィルタは、ネガ型感光材料を使用した場合には、角部が太く接続されたものとなり、また、ポジ型感光性材料を使用した場合には、角部が離れたものとなり、いずれの場合もシャープな矩形のフィルタを形成することができない。しかし、本発明のフォトマスク１１Ｇを使用することにより、角部１２ａに設けられた切り欠き部１３が、近接したパターンの双方から露光される角部１２ａの露光量を適度に抑える作用をなす。これにより、角部がシャープに接した非孤立的な緑色フィルタ１Ｇを形成することができる。

ここで、各パターン１２Ｇが有する切り欠き部１３は、矩形の辺を延長した交点Ｐから角部１２ａの切り欠きまでのＸ軸方向およびＹ軸方向での最大距離Ｌを切り欠き寸法Ｌとしたときに、この切り欠き寸法Ｌをマスク露光条件での露光装置の解像限界以下の寸法とする。切り欠き寸法Ｌが解像限界を超えるような大きさである場合、切り欠き部１３の形状がそのままフィルタの形状に反映されてしまい、シャープな矩形の緑色フィルタが得られない。また、切り欠き寸法Ｌの下限は、例えば、ｉ線ステッパーによる露光を用いる場合には、４０ｎｍ程度とすることができる。
上記の例では、切り欠き部１３は角部１２ａを直線的に切り欠いた形状であるが、本発明では、これに限定されず、例えば、図４および図５に示すような形状の切り欠き部１３であってもよい。

図６は、孤立的に配列される赤色フィルタ１Ｒ用のフォトマスクを示す部分平面図であり、図７は図６に示されるフォトマスクの１個のパターンを示す図である。図６および図７において、フォトマスク１１Ｒは、矩形のパターン１２Ｒを備えており、各矩形パターン１２Ｒは、４個の角部１２ａに矩形のサブパターン１４を有している。
このように孤立的に配列された矩形パターン１２Ｒの角部１２ａにサブパターン１４を有しているフォトマスク１１Ｒを使用することにより、サブパターン１４が角部における露光時のコントラストの減少を抑制するので、丸みを帯びずシャープな形状の角部をもつ孤立的な赤色フィルタ１Ｒを形成することができる。

ここで、各パターン１２Ｒが有するサブパターン１４は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向での角部から外側に突出するサブパターンの最大長をサブパターン寸法Ｌ′としたときに、このサブパターン寸法Ｌ′をマスク露光条件での露光装置の解像限界以下の寸法とする。また、サブパターン１４が矩形のパターン１２Ｒの角部１２ａから外側へ突出する最大距離を突出距離ｄとしたときに、この突出距離ｄもマスク露光条件での露光装置の解像限界以下の寸法とする。サブパターン寸法Ｌ′や突出距離ｄが解像限界を超えるような大きさである場合、角部１２ａの露光量が過大となり、形成されたフィルタは、角部が突出した形状となり、シャープな矩形の赤色フィルタが得られない。また、サブパターン寸法Ｌ′や突出距離ｄの下限は、例えば、ｉ線ステッパーによる露光を用いる場合には、４０ｎｍ程度とすることができる。

サブパターン１４は、図８に示されるように、パターン１２Ｒから離間して設けてもよい。この場合、パターン１２Ｒとサブパターン１４との離間距離ｄ′は、マスク露光条件での露光装置の解像限界以下となるように設定することが好ましく、離間距離ｄ′が大き過ぎると、サブパターン１４による角部１２ａの露光時のコントラストの減少抑制効果が得られず好ましくない。
上記の例では、サブパターン１４は矩形であるが、サブパターン１４の形状はこれに限定されるものではない。例えば、図９（Ａ）に示すような三角形であってもよく、この場合も、図９（Ｂ）に示すようにサブパターン１４はパターン１２Ｒから離間したものであってよい。そして、突出距離ｄ、離間距離ｄ′は上述の範囲内とすることが好ましい。また、図１０（Ａ）に示すようにサブパターン１４が円形であってもよく、この場合も、図１０（Ｂ）に示すようにサブパターン１４はパターン１２Ｒから離間したものであってよい。そして、突出距離ｄ、離間距離ｄ′は上述の範囲内とすることが好ましい。
尚、孤立的に配列される青色フィルタ１Ｂ用のフォトマスク１１Ｂは、上記のフォトマスク１１Ｒと同様に構成することができ、ここでの説明は省略する。

次に、上述の本発明のフォトマスク１１Ｇ、１１Ｒ、１１Ｂを用いたカラーフィルタ１の形成の例を、図１１を参照しながら説明する。
まず、緑色フィルタ用の感光性材料を塗布し、フォトマスク１１Ｇを用いて露光、現像して、非孤立的な緑色フィルタ１Ｇを形成する（図１１（Ａ））。この緑色フィルタ１Ｇは、角部が接したシャープな矩形であり、しがたって、緑色フィルタ１Ｇの非形成部位（孤立的に存在）もシャープな矩形となっている。
次に、赤色フィルタ用の感光性材料を緑色フィルタ１Ｇも被覆するように塗布し、フォトマスク１１Ｒを用いて露光、現像して、孤立的な赤色フィルタ１Ｒを形成する（図１１（Ｂ））。この赤色フィルタ１Ｒは、丸みを帯びずシャープな形状の角部をもつ矩形であり、しがたって、緑色フィルタ１Ｇの非形成部位（赤色フィルタ１Ｒの形成部位）が、空隙部を生じることなく赤色フィルタ１Ｒで埋められる。

次いで、青色フィルタ用の感光性材料を緑色フィルタ１Ｇ、赤色フィルタ１Ｒも被覆するように塗布し、フォトマスク１１Ｂを用いて露光、現像して、孤立的な青色フィルタ１Ｂを形成する（図１１（Ｃ））。この青色フィルタ１Ｂは、丸みを帯びずシャープな形状の角部をもつ矩形であり、しがたって、緑色フィルタ１Ｇの非形成部位（青色フィルタ１Ｂの形成部位）が、空隙部を生じることなく青色フィルタ１Ｂで埋められる。
これにより、矩形の緑色フィルタ１Ｇ、赤色フィルタ１Ｒ、青色フィルタ１Ｂで構成され、各色のフィルタ間、特に角部に空隙部のないカラーフィルタ１が得られる。
尚、赤色フィルタ１Ｒと青色フィルタ１Ｂの形成順序は逆であってもよい。
上述の実施形態は例示であり、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。

次に、実施例を示して本発明を更に詳細に説明する。
［実施例１］
まず、画素受光部ピッチ２．０μｍ、画素数２５９２個×１９４４個のＣＭＯＳイメージセンサーを形成したウェハを用意した。
次に、ウェハ表面をスピンスクラパーで洗浄した後、光硬化型アクリル系透明樹脂材料（富士マイクロエレクトロニクスマテリアルズ（株）製 ＣＴ−２０２０Ｌ）をスピン塗布し、次いで、プリベーク、紫外線全面露光、ポストベークを行って平坦化層（厚み０．３μｍ）を形成した。
次に、ネガ型感光性の緑色材料（Ｇ用材料）、赤色材料（Ｒ用材料）、青色材料（Ｂ用材料）として以下の材料を用意した。
Ｇ用材料：富士マイクロエレクトロニクスマテリアルズ（株）製 ＳＧ−４０００Ｌ
Ｒ用材料：富士マイクロエレクトロニクスマテリアルズ（株）製 ＳＲ−４０００Ｌ
Ｂ用材料：富士マイクロエレクトロニクスマテリアルズ（株）製 ＳＢ−４０００Ｌ

また、カラーフィルタの各色フィルタの配置ピッチを２．０μｍとし、緑色フィルタ用のフォトマスクとして、図２および図３に示されるフォトマスクを準備した。このフォトマスクは、１辺が２．０μｍの矩形のパターン（光透過部）を有し、各パターンの角部の直角二等辺三角形形状の切り欠き部の切り欠き寸法Ｌは０．１μｍとした。尚、露光装置は（（株）ニコン製 ＮＳＲ−２５０５ｉ１４Ｅ２）であり、設定した露光条件での解像限界が０．３５μｍであった。
また、赤色フィルタ用、青色フィルタ用のフォトマスクとして、図６および図７に示されるフォトマスクを準備した。このフォトマスクは、１辺が２．０μｍの矩形のパターン（光透過部）と、矩形のサブパターン（光透過部）を有し、サブパターンの寸法Ｌ′は０．２μｍ、突出距離ｄは０．２３μｍとした。

そして、緑色フィルタ、赤色フィルタ、青色フィルタの形成順序で、上記材料をスピン塗布し、プリベーク、１／５縮小型のｉ線ステッパーによる露光、現像、ポストベークを行って、緑色フィルタ、赤色フィルタ、青色フィルタで構成されたカラーフィルタ（厚み０．８μｍ）を平坦化層上に形成した。尚、現像液として、富士マイクロエレクトロニクスマテリアルズ（株）製 ＣＤ−２０００の５０％希釈液を使用した。
上記のように形成したカラーフィルタについて、隣接するフィルタ間、特に角部における空隙部の有無、および、盛り上がり部の有無を原子間力顕微鏡を用いて観察した。その結果、空隙部、盛り上がり部共に存在せず、良好な状態であることが確認された。

［実施例２］
緑色フィルタ用のフォトマスクとして、図５に示されるパターンを有するフォトマスクを使用し、赤色フィルタ用、青色フィルタ用のフォトマスクとして、図１０（Ａ）に示されるパターンおよびサブパターンを有するフォトマスクを使用した他は、実施例１と同様にして、平坦化層上にカラーフィルタを形成した。尚、緑色フィルタ用のフォトマスクにおける切り欠き部の切り欠き寸法Ｌは０．１５μｍとし、また、赤色フィルタ用、青色フィルタ用のフォトマスクにおけるサブパターンの寸法Ｌ′は０．２５μｍ、突出距離ｄは０．２μｍとした。
形成したカラーフィルタについて、実施例１と同様に観察した結果、空隙部、盛り上がり部共に存在せず、良好な状態であることが確認された。

［実施例３］
ポジ型感光性の緑色材料（Ｇ用材料）、赤色材料（Ｒ用材料）、青色材料（Ｂ用材料）を使用し、また、フォトマスクのパターン、サブパターンを遮光部とした他は、実施例１と同様に、緑色フィルタ用のフォトマスク、および、赤色フィルタ用、青色フィルタ用のフォトマスクを準備し、実施例１と同様にして、平坦化層上にカラーフィルタを形成した。
形成したカラーフィルタについて、実施例１と同様に観察した結果、空隙部、盛り上がり部共に存在せず、良好な状態であることが確認された。

［実施例４］
赤色フィルタ用、青色フィルタ用のフォトマスクとして、図８に示されるパターンおよびサブパターンを有するフォトマスクを使用した他は、実施例１と同様にして、平坦化層上にカラーフィルタを形成した。尚、赤色フィルタ用、青色フィルタ用のフォトマスクにおけるサブパターンの寸法Ｌ′は０．２μｍとし、離間距離ｄ′は０．０５μｍとした。
形成したカラーフィルタについて、実施例１と同様に観察した結果、空隙部、盛り上がり部共に存在せず、良好な状態であることが確認された。

［比較例１］
緑色フィルタ用のフォトマスクとして、切り欠き部をもたず、角部を接して矩形のパターンが非孤立的に配列されたフォトマスクを使用した他は、実施例１と同様にして、平坦化層上にカラーフィルタを形成した。
形成したカラーフィルタについて、実施例１と同様に観察した結果、各緑色フィルタの角部が太く接続されており、この部位に赤色フィルタ、青色フィルタの角部が重なって、角部に盛り上がり部（高さ約０．２μｍ）が存在しており、平坦性が悪いことが確認された。

［比較例２］
緑色フィルタ用のフォトマスクにおいて、直角二等辺三角形形状の切り欠き部の切り欠き寸法Ｌを、露光装置の解像限界（０．３５μｍ）を超える０．４μｍとした他は、実施例１と同様にして、平坦化層上にカラーフィルタを形成した。
形成したカラーフィルタについて、実施例１と同様に観察した結果、角部に空隙部が存在することが確認された。

各色のフィルタ間に空隙部のない精密なカラーフィルタが要求される種々の分野において適用できる。

本発明のフォトマスクを使用して作製したカラーフィルタの一例を示す図である。 非孤立的に配列されるフィルタ用のフォトマスクの一実施形態を示す部分平面図である。 図２に示されるフォトマスクの１個のパターンを示す図である。 非孤立的に配列されるフィルタ用のフォトマスクの他の実施形態を示す図である。 非孤立的に配列されるフィルタ用のフォトマスクの他の実施形態を示す図である。 孤立的に配列されるフィルタ用のフォトマスクの一実施形態を示す部分平面図である。 図６に示されるフォトマスクの１個のパターンを示す図である。 孤立的に配列されるフィルタ用のフォトマスクの他の実施形態を示す図である。 孤立的に配列されるフィルタ用のフォトマスクの他の実施形態を示す図である。 孤立的に配列されるフィルタ用のフォトマスクの他の実施形態を示す図である。 本発明のフォトマスクを用いたカラーフィルタの形成例を説明するための工程図である。 固体撮像素子のカラーフィルタを構成する各色フィルタの配置を示す図である。 図１２のＩ−Ｉ線でのカラーフィルタとマイクロレンズを示す断面図である。 図１２のII−II線でのカラーフィルタとマイクロレンズを示す断面図である。

符号の説明

１…カラーフィルタ
１Ｇ…緑色フィルタ
１Ｒ…赤色フィルタ
１Ｂ…青色フィルタ
１１Ｇ…緑色フィルタ用のフォトマスク
１１Ｒ…赤色フィルタ用のフォトマスク
１２Ｇ，１２Ｒ…パターン
１３…切り欠き部
１４…サブパターン

Claims (4)

1. 固体撮像素子に用いるカラーフィルタであって、３色以上の矩形のフィルタを備え、少なくとも１色のフィルタは角部が接して非孤立的に配列されているカラーフィルタを製造するためのフォトマスクにおいて、
   非孤立的に配列されるフィルタ用のフォトマスクであって、角部を切り欠いた矩形のパターンを有するフォトマスクと、
   孤立的に配列されるフィルタ用のフォトマスクであって、角部にサブパターンをもつ矩形のパターンを有するフォトマスクと、からなる複数のフォトマスクの組み合わせであることを特徴とするフォトマスク。
2. 矩形の辺を延長した交点から角部の切り欠きまでの最大距離を切り欠き寸法とし、また、角部から外側に突出するサブパターンの最大長をサブパターン寸法としたときに、該切り欠き寸法およびサブパターン寸法は、マスク露光条件での露光装置の解像限界以下の寸法であることを特徴とする請求項１に記載のフォトマスク。
3. 前記サブパターンは、矩形パターンから離間して配置されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のフォトマスク。
4. 角部を切り欠いた矩形のパターンを有する前記フォトマスクは、緑色フィルタを形成するためのフォトマスクであり、角部にサブパターンをもつ矩形のパターンを有する前記フォトマスクは、赤色フィルタおよび青色フィルタを形成するためのフォトマスクであることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のフォトマスク。

Images