JP3667951B2

JP3667951B2 - カラーフィルタの製造方法

Info

Publication number: JP3667951B2
Application number: JP25100297A
Authority: JP
Inventors: 巧司八木
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1997-09-16
Filing date: 1997-09-16
Publication date: 2005-07-06
Anticipated expiration: 2017-09-16
Also published as: JPH1195022A

Description

【発明の属する技術分野】
本発明は、光学的な色分離用のカラーフィルタを形成するための製造方法に関する。
【従来の技術】
半導体構成の固体撮像素子を用いてカラー撮像を行う場合、固体撮像素子の受光面に光の三原色あるいは、その補色に対応するカラーフィルタが装着される。単板式の撮像装置で用いられる固体撮像素子のカラーフィルタは、ストライプ状またはモザイク状に各色成分が配列され、固体撮像素子の各受光画素を特定の色成分に対応付けるように構成される。
図４は、モザイク型のカラーフィルタの一例を示す平面図である。
カラーフィルタは、それぞれ特定の色成分に対応付けられる複数のセグメントが固体撮像素子の受光画素の配列に対応するように行列配置される。例えば、シアン（Ｃｙ）及び黄（Ｙｅ）に対応付けられるセグメントＣ１、Ｃ２が、奇数行に交互に配置され、白（Ｗ）及び緑（Ｇ）に対応付けられるセグメントＣ３、Ｃ４が偶数行に交互に配置される。この各セグメントＣ１〜Ｃ４の色の組み合わせは、光の三原色及びその補色から選択される。これにより、固体撮像素子の各受光画素には、それぞれのセグメントＣ１〜Ｃ４の色成分を表す情報電荷が蓄積される。
このようなカラーフィルタは、受光画素の配列に対応して各セグメントＣ１〜Ｃ４が配列されたフィルタ板を固体撮像素子に装着するか、あるいは、固体撮像素子の基板上に各セグメントＣ１〜Ｃ４を構成するフィルタ層を形成する、いわゆるオンチップフィルタにより実現される。一般的には、微細化に有利であると共に低コスト化が可能なオンチップフィルタが採用される傾向にある。
図５（ａ）〜（ｄ）は、カラーフィルタの製造方法を説明する工程別の断面図であり、固体撮像素子の複数の受光画素が形成される受光領域及びその周辺領域を示す。
（ａ）第１工程
半導体基板１の表面にレジストを塗布し、一定の膜厚のレジスト層２を形成する。尚、半導体基板１には、複数の受光画素及びこの受光画素に蓄積される情報電荷を転送する複数のシフトレジスタが予め形成されているものとする。
（ｂ）第２工程
レジスト層２に所定の開口窓４を有する露光マスク３を掛けて露光した後、レジスト層２を現像して、半導体基板１の表面を露出する開口部５を形成する。露光マスク３の開口窓４は、半導体基板１の表面に形成される複数の受光画素の内、特定の色成分に対応させようとする受光画素に一致して設けられる。これにより、レジスト層２の開口部５に所望の受光画素が露出される。
（ｃ）第３工程
開口部５が形成されたレジスト層２の表面及び開口部５の底面に露出する半導体基板１（受光画素）の表面を被うように所望の色の顔料層６を形成する。この顔料層６は、その材料及び膜厚に応じて特定の波長の光のみを透過するものであり、例えば、有機系材料が蒸着によってほぼ均一な膜厚に形成される。
（ｄ）第４工程
レジスト層２を溶剤で融解させ、レジスト層２上の顔料層６をレジスト層２と共に半導体基板１上から除去する、いわゆるリフトオフ法により、レジスト層２の開口部５にのみ顔料層６が残される。これにより、所望の受光画素に対応する半導体基板１の表面に、特定の色成分に対応付けられたフィルタ層７が形成される。
以上の第１乃至第４工程においては、カラーフィルタの複数のセグメントＣ１〜Ｃ４の内、１種類の色成分のみが形成される。そこで、図４に示すような４種類のセグメントＣ１〜Ｃ４を有するカラーフィルタを形成する場合には、白（Ｗ）を除く３種類のセグメントＣ１、Ｃ２、Ｃ４を順次形成するように、第１乃至第４の工程が繰り返される。
【発明が解決しようとする課題】
第４工程のリフトオフ法においては、顔料層６に被われたレジスト層２を溶剤によって融解させるようにしている。このとき、レジスト層２の広い平坦部分において、レジスト層２が顔料層６で保護される場合があり、除去すべきレジスト層２に十分に溶剤が達せず、レジスト層２または顔料層６の不要部分が半導体基板１上に残されるおそれがある。半導体基板１上に残されたレジスト層２や顔料層６の一部は、複数のフィルタ層７を繰り返し形成する際の障害となると共に、後の工程で剥がれて受光画素上に付着すると、入射光の散乱や受光感度の低下等の問題を招く。あるいは、レジスト層２を完全に除去できるまで処理を続けると、有機系材料で形成される顔料層６が損傷を受け、フィルタ層７が所望の光学的特性を得られなくなるため、固体撮像素子の色再現性が低下するという問題が生じる。
そこで本発明は、カラーフィルタを形成する際の一工程で用いられるリフトオフ法で、半導体基板上の不要なレジスト層または顔料層を短い時間で確実に除去できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
本願発明は、上述の課題を解決するために成されたもので、第１の特徴とするところは、受光素子あるいは表示素子が形成された基板の表面に所定のパターン形状を有するフィルタ層を形成するカラーフィルタの製造方法において、上記基板の表面に所定膜厚のポジ型レジスト層を形成し、このレジスト層を選択的に感光させた後に現像して上記基板の表面の一部を露出する開口部を形成すると共に、上記開口部が形成される領域を除いた領域に上記レジスト層の所定膜圧よりも浅い凹部を形成する第１工程と、上記開口部が形成された上記レジスト層の全面を感光させる第２工程と、上記開口部が形成された上記レジスト層上に、上記開口部に露出した上記基板の表面を被って特定の色成分に対応付けられる顔料層を形成する第３工程と、上記顔料層を上記開口部の底面部分を除いて上記レジスト層と共に除去する第４工程と、を含むことにある。
そして、第２の特徴するところは、受光素子あるいは表示素子が形成された基板の表面に所定のパターン形状を有するフィルタ層を形成するカラーフィルタの製造方法において、上記基板の表面に所定膜厚のポジ型レジスト層を形成し、このレジスト層を選択的に感光させた後に現像して上記基板の表面の一部を露出する開口部を形成する第１工程と、上記開口部が形成された上記レジスト層の全面を感光させる第２工程と、上記開口部が形成された上記レジスト層上に、上記開口部に露出した上記基板の表面を被って特定の色成分に対応付けられる顔料層を形成する第３工程と、上記顔料層を上記開口部の底面部分を除いて上記レジスト層と共に除去する第４工程と、を含むことにある。
本発明によれば、開口部を形成したレジスト層の全面を一旦感光した後、そのレジスト層上に顔料層を形成するようにしたことで、顔料層をレジスト層と共に除去する際、レジスト層が半導体基板から容易に剥離するようになる。従って、不要な顔料層の除去処理に要する時間を短縮することができる。
【発明の実施の形態】
図１（ａ）〜（ｄ）は、本発明のカラーフィルタの製造方法の第１の実施形態を説明する工程別の断面図である。これらの図は、図５と同一部分を示している。
（ａ）第１工程
複数の受光画素が形成された半導体基板１１の表面にレジストを塗布し、一定の膜厚のレジスト層１２を形成する。そして、レジスト層１２に、光透過率の異なる２種類の開口窓１４、１５を有する露光マスク１３を掛けて露光した後、レジスト層１２を現像して、半導体基板１１の表面を露出する開口部１６及びレジスト層１２の膜厚の１／２程度まで達する凹部１７を形成する。露光マスク１３の第１の開口窓１４は、１００％に近い光透過率を有し、半導体基板１１の表面に形成される複数の受光画素の内、特定の色成分に対応付けるべき受光画素に一致して設けられる。また、露光マスク１３の第２の開口窓１５は、第１の開口窓１４の１／２以下の光透過率（例えば、２０％〜４０％程度）を有し、受光画素が形成されない周辺領域に設けられる。通常、開口部１６の形成においては、レジスト層１２を半導体基板１１の表面に達するまで確実に感光させるため、露光時間が長めに設定される。そこで、第２の開口窓１５の光透過率を２０％〜４０％と第１の開口窓１４の光透過率の１／２以下に設定し、露光完了時点でレジスト層１２が１／２程度の厚さまで感光するようにしている。尚、第２の開口窓１５については、受光画素が形成されない領域全体に設ける必要はなく、後述するリフトオフ法によってレジスト層１２が十分に除去できないと予測される範囲に適宜設けるようすればよい。
（ｂ）第２工程
開口部１６及び凹部１７が形成されたレジスト層１２を全面露光し、レジストの高分子の連鎖を切断する。ここでは、レジスト層１２の露光のみを行い、現像処理は行わない。
（ｃ）第３工程
開口部１６及び凹部１７が形成されたレジスト層１２の表面及び開口部１６の底面に露出する半導体基板１１（受光画素）の表面を被うように所望の色の顔料層１８を形成する。この顔料層１８は、その材料及び膜厚に応じて特定の波長の光のみを透過するものであり、例えば、有機系材料の蒸着によってほぼ均一な膜厚に形成される。このとき、開口部１６及び凹部１７の側壁には、レジスト層１２の表面や開口部１６の底面よりも顔料層１８が十分に薄く形成されるか、場所によっては、ほとんど形成されない。
（ｄ）第４工程
アルコール系溶剤を高圧で吹き付けるこにより、レジスト層１２を溶剤で融解させ、レジスト層１２上の顔料層１８をレジスト層２と共に半導体基板１上から除去する。このとき、レジスト層１２を融解する溶剤は、顔料層１８が薄く形成される、あるいは、ほとんど形成されない開口部１６及び凹部１７の側壁部分からレジスト層１２内へ浸入する。そして、レジスト層１２は、第２工程の全面露光処理によって高分子の連鎖が切断されているため、溶剤による融解が容易である。これにより、複数の受光画素が形成される受光領域と共に、その周辺領域においても、レジスト層１２が短時間で効率よく融解され、短時間で顔料層１８がレジスト層１２と共に除去される。従って、周辺領域にレジスト層１２あるいは顔料層１８の不要部分を残すことなく、かつ、顔料層１８の必要部分を損傷することなく、所望の受光画素に対応する半導体基板１１の表面に、特定の色成分に対応付けられたフィルタ層１９が形成される。
尚、通常のカラーフィルタは、図４に示すように、複数の色成分に対応するセグメントＣ１〜Ｃ４から構成されるため、第１乃至第４工程を繰り返して、フィルタ層１９を各色成分毎にそれぞれ独立に形成するようにしている。
図２（ａ'）、（ａ''）は、本発明のカラーフィルタの製造方法の第２の実施形態を説明する工程別の断面図である。第２の実施形態においては、図１（ａ）に示す第１工程を第１ａ工程及び第１ｂ工程の２段階で行うようにしており、それ以降の第２工程乃至第４工程は、図１（ｂ）〜（ｄ）に示すとおりである。
（ａ'）第１ａ工程
レジスト層１２に、開口窓２２を有する第１の露光マスク２１を掛けて露光した後、レジスト層１２を現像して、半導体基板１１の表面を露出する開口部１６を形成する。この第１の露光マスク２１は、図４（ｂ）に示す従来の第２工程で用いた露光マスク３と同一のものである。第１の露光マスク２１の開口窓２２は、半導体基板１１の表面に形成される複数の受光画素の内、特定の色成分に対応付けるべき受光画素に一致して設けられる。
（ａ''）第１ｂ工程
レジスト層１２に、開口窓２４を有する第２の露光マスク２３を掛けて露光した後、レジスト層１２を現像して、レジスト層１２の膜厚の１／２より深くまで達する凹部１７を形成する。第２の露光マスク２３の開口窓２４は、リフトオフ法によってレジスト層１２が十分に除去できないと予測される周辺領域に適宜設けられる。この第２の露光マスク２３によるレジスト層１２の露光処理は、第２ａ工程の第１の露光マスク２１による露光処理に対して１／２程度の時間で行われ、レジスト層１２の膜厚の約１／２を感光させずに残すようにしている。
以上の第１ａ及び第１ｂ工程によれば、図１（ａ）に示す第１工程と同様に、半導体基板１１上に形成されたレジスト層１２に、半導体基板１１の表面を露出する開口部１６及びレジスト層１２の膜厚の１／２程度まで達する凹部１７が形成される。この第１ｂ工程に続いて図１（ｂ）〜（ｄ）に示す第２工程乃至第４工程を施すことにより、第１の実施形態と同様に、半導体基板１１上に不要なレジスト層１２及び顔料層１８を残すことなく、フィルタ層１９を形成することができる。尚、第２の実施形態において、第１ａ工程と第１ｂ工程とは、何れの工程を先に行っても差し支えない。
図３（ａ）〜（ｄ）は、本発明のカラーフィルタの製造方法の第３の実施形態を説明する工程別の断面図である。これらの図は、図５と同一部分を示している。
（ａ）第１工程
半導体基板３１の表面にレジストを塗布して一定の膜厚のレジスト層３２を形成し、そのレジスト層３２に所定の開口窓３４を有する露光マスク３１による露光処理を施して、半導体基板３１の所望の素子領域を露出する開口部３５を形成する。この第１工程の完了までは、図５（ａ）、（ｂ）に示す従来の製造方法の第１工程及び第２工程と同一である。
（ｂ）第２工程
露光マスク３３を外し、レジスト層３２を全面露光することにより、開口部３５が形成されたレジスト層３２の高分子の連鎖を切断する。この第２工程においては、露光処理のみを行い、現像処理は行わない。
（ｃ）第３工程
レジスト層３２の表面及び開口部３５の底面に露出する半導体基板３１の表面を被うように所望の色の顔料層３６を形成する。この第３工程は、図１（ｃ）に示す第３工程と同一である。
（ｄ）第４工程
顔料層３６が形成されたレジスト層３２に、メタノールやエタノール等のアルコール系溶剤を高圧で吹き付けることにより、レジスト層を融解させて、レジスト層３２上の顔料層３６をレジスト層３２と共に半導体基板１上から除去する。このとき、レジスト層３２は、第２工程での全面露光処理により、高分子の連鎖が予め切断されているため、開口部３５の側壁部分から浸入する溶剤に対して、短時間で融解される。周辺領域が比較的狭い場合、このように、周辺領域に凹部を形成しなくても、開口部３５の側壁部分から浸入する溶剤でレジスト層３２を十分に融解することができる。従って、レジスト層３２の開口部３５にのみ顔料層３６が残され、所望の受光画素に対応する半導体基板３１の表面に、特定の色成分に対応付けられたフィルタ層３７が形成される。
尚、カラーフィルタの複数のセグメントを形成するために、上述の第１工程乃至第４の工程を繰り返すことは、図１に示す第１の実施形態と同一である。
以上の実施形態においては、カラーフィルタを固体撮像素子の半導体基板上に形成する場合を例示したが、ＬＣＤパネルなどの表示素子の各表示画素に対するカラーフィルタの形成にも応用することができる。
【発明の効果】
本発明によれば、顔料層をリフトオフ法によってパターニングしてフィルタ層を形成する際、レジスト層及び顔料層の不要部分を半導体基板上から確実に除去することができる。また、レジスト層の除去処理に要する時間を短縮できるため、基板上に残される顔料層が損傷を受けにくくなり、フィルタ層を所望の光学特性どおりに形成することができる。従って、カラーフィルタを装着する受光素子あるいは表示素子の特性の劣化を防止できると共に、その製造工程での歩留まりを向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のカラーフィルタの製造方法の第１の実施形態を説明する工程別の断面図である。
【図２】本発明のカラーフィルタの製造方法の第２の実施形態を説明する工程別の断面図である。
【図３】本発明のカラーフィルタの製造方法の第３の実施形態を説明する工程別の断面図である。
【図４】モザイク型のカラーフィルタの構成を示す平面図である。
【図５】従来のカラーフィルタの製造方法を説明する工程別の断面図である。
【符号の説明】
１、１１、３１半導体基板
２、１２、３２レジスト層
３、１３、２１、２３、３３露光マスク
４、１４、１５、２２、２４、３４開口窓
５、１６、３５開口部
６、１８、３６顔料層
７、１９、３７フィルタ層
１７凹部

Claims

受光素子あるいは表示素子が形成された基板の表面に所定のパターン形状を有するフィルタ層を形成するカラーフィルタの製造方法において、上記基板の表面に所定膜厚のポジ型レジスト層を形成し、このレジスト層を選択的に感光させた後に現像して上記基板の表面の一部を露出する開口部を形成すると共に、上記開口部が形成される領域を除いた領域に上記レジスト層の所定膜厚よりも浅い凹部を形成する第１工程と、上記開口部が形成された上記レジスト層の全面を感光させる第２工程と、上記開口部が形成された上記レジスト層上に、上記開口部に露出した上記基板の表面を被って特定の色成分に対応付けられる顔料層を形成する第３工程と、上記顔料層を上記開口部の底面部分を除いて上記レジスト層と共に除去する第４工程と、を含むことを特徴とするカラーフィルタの製造方法。
上記第１の工程は、上記開口部の形成部分に対応する第１の開口窓及び上記凹部の形成部分に対応し、第１の開口窓よりも光透過率が低い第２の開口窓を有する露光マスクを通して上記レジスト層に光を照射することを特徴とする請求項１に記載のカラーフィルタの製造方法。
上記第１の工程は、上記開口部の形成部分に対応する開口窓を有する第１の露光マスクを通して上記レジスト層に光を照射すると共に、上記凹部の形成部分に対応する開口窓を有する第２の露光マスクを通して上記レジスト層に光を照射することを特徴とする請求項１に記載のカラーフィルタの製造方法。
基板の表面に所定のパターン形状を有するフィルタ層を形成するカラーフィルタの製造方法において、上記基板の表面に所定膜厚のポジ型レジスト層を形成し、このレジスト層を選択的に感光させた後に現像して上記基板の表面の一部を露出する開口部を形成すると共に、上記開口部が形成される領域を除いた領域に上記レジスト層の所定膜厚よりも浅い凹部を形成する第１工程と、上記開口部が形成された上記レジスト層の全面を感光させる第２工程と、上記開口部が形成された上記レジスト層上に、上記開口部に露出した上記基板の表面を被って特定の色成分に対応付けられる顔料層を形成する第３工程と、上記顔料層を上記開口部の底面部分を除いて上記レジスト層と共に除去する第４工程と、を含むことを特徴とするカラーフィルタの製造方法。