JP4780639B2 - 着色層の形成方法、撮像装置の製造方法および表示装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、アライメント技術を用いて、例えば原色フィルタ、補色フィルタおよび黒フィルタを含むカラーフィルタなどの着色層を形成する着色層の形成方法、これを用いて着色層を撮像素子上に形成する撮像装置の製造方法および、これを用いて着色層を液晶表示素子などの表示素子上に形成する表示装置の製造方法に関する。

昨今、固体撮像装置や一部の液晶表示装置は、デジタルスチルカメラや携帯電話装置などの電子機器において、その撮像部や表示部などに用いられており、それらの電子機器の高機能化およびコンパクト化にともなって、その構成部品である撮像装置や表示装置についてもさらなる微細化が要求されている。

このような撮像装置や表示装置の微細化に伴って、これらの撮像素子や表示素子などの白黒デバイスはもとより、その上部に設けられるカラーフィルタなどの着色層についても微細化が進められている。その加工最小寸法は画素サイズとほぼ同一であるが、現状で２μｍ×２μｍのものが量産されている。このため、材料の解像性については当然のことながら、撮像素子や表示素子などの下部デバイスに対する各カラーフィルタのアライメント精度についても、性能を確保する上で厳しい要求が求められている。

カラーフィルタなどの着色層の下部デバイスへのアライメントずれが許容範囲を超えると、（１）隣接する着色層からの色漏れにより混色が発生し、（２）各着色層相互での位置ずれが大きいと着色層のエッジ部でのオーバーラップやボイド発生により平坦性が破綻するという問題が生じる。

ここで、このカラーフィルタには、撮像装置や表示装置において色再現のために用いられる原色・補色フィルタの他に、現在用途の範囲が急速に広がっている黒フィルタを含むものとする。

この黒フィルタは、表示装置において、画素部間の色の混色を防止してコントラストを向上させるために用いられている。また、この黒フィルタは、撮像装置においては画素部周辺の回路を遮光する遮光膜として用いられている。

現状では、微細で高品質のカラーフィルタ形成には、高解像度の着色レジストを用いることが最適で主流となっており、従来のような透明被染色レジストによる染色法を用いたカラーフィルタ形成はほとんど行われていない。

しかしながら、着色レジストによるカラーフィルタの形成には、フォトリソグラフィ時に以下のような本質的な問題がある。

即ち、半導体装置の製造時には、露光装置として縮小投影型のステッパーが用いられているが、この露光装置は、本来、ノボラックに代表されるポジレジストの露光が主目的であるため、そのアライメント機構はアライメントマーク読み取りのためにＨｅ−Ｎｅレーザが使われている。このＨｅ−Ｎｅレーザ(６３３ｎｍ)は、特に、ブルーやグリーンの着色レジストに含まれる顔料および染料などの色素によって吸収されるため、この光を用いて位置合わせのためにフォトレジスト層の下層に形成されるアライメントマークの読み取りを行うと、信号光が減衰して検出精度が低下してしまう。

一方、黒の着色レジストについては、着色レジスト層による光吸収によって信号光が減衰してほとんど検出されず、精度の高いアライメントを行うことは現状ではほとんど不可能な状況にある。

上記問題を解決してアライメント精度を向上させる方法として、例えば特許文献１に開示されている方法について、以下に説明する。

図４は、特許文献１に開示されている従来の固体撮像素子とカラーフィルタとのアライメント方法を説明するための要部縦断面図である。

図４において、半導体基板１０１上に層間膜１０２を介して高反射遮光膜ベース層１０３が設けられ、さらにその上に透明層間膜１０４、透明保護膜１０５および透明平坦化層１０６がこの順に設けられ、この上に着色レジスト第１層からなるアライメントマーク１０７が所定パターンに形成されている。この着色レジスト第１層は、この上の着色レジスト第２層１０８以上の着色レジスト層に対してステッパーによりアライメントを実施する際に、アライメントマーク１０７の信号検出が容易になるように、Ｈｅ−Ｎｅレーザ光に対して透過率が高い例えばレッド（赤色）が選定されている。これによって、アライメントマーク１０７の形成部分の光透過率が他の領域に対して高くなり、コントラストを有するため、そのコントラストを利用してアライメントマーク１０７が検出される。

他の方法として、例えば特許文献２，３には、以下のように、ステッパーのアライメントマーク検出光の波長を最適化する方法が開示されている。

例えば、顔料が分散された着色レジストは、波長８００ｎｍ以上の光に対しては透明であるという性質を有するため、このような近赤外光を検出光として用いる方法が考えられる。また、個々の着色レジストの色分光特性に応じて、その着色レジストの感光に影響を与えず、かつ、透過率を確保することが可能な波長を設定して、着色レジストの色毎に検出光を使い分けてアライメントを行う方法もある。

さらに他の方法として、例えば特許文献４には、アライメントマーク上に透明層を形成してその上を覆うように着色レジスト層を形成することにより、アライメントマーク形成部の着色レジスト層を薄くしてアライメントマークを検出しやすくする方法が開示されている。
特開平１１−２１１９０８号公報 特開平９−２３７７４４号公報 特開平１１−１６２８１９号 特開平９−９６７１２号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示されている従来の固体撮像素子とカラーフィルタとのアライメント方法では、図４に示すように、アライメントマーク１０７上の着色レジスト第２層１０８以上の着色レジスト層によって少なからず光が吸収されるため、上記効果も着色レジスト層の色濃度や膜厚に影響を受ける。したがって、普遍性および汎用性に富むプロセスを構築することが困難である。

上記特許文献２，３に開示されているアライメントマーク検出光の波長を最適化する方法では、アライメントマーク検出のための光学系が単一波長でないことから、設計が複雑になる。また、取り扱い波長が複数になることから各色の収差を最適化することが困難であり、光学系を一系統に絞るなどの機構の単純化は容易ではない。したがって、この方法では、着色レジスト専用のステッパーを新規に設計および作製する必要があり、コストに対する影響が極めて大きい。さらに、黒レジストについては、上記方法でも、アライメント精度を向上させることができない。

上記特許文献４に開示されている方法では、透明層を間に介在させる分だけその上を覆う着色レジスト層を薄くしてアライメントマークを検出しやすくしているという意味では、多少のアライメント精度の向上は得られるものの、着色レジスト層を通してアライメントマークを検出しているので、アライメントマーク検出の観点からは本質的な解決にはなっていない。

以上のように、上記従来技術では、デバイスの性能向上や特性変更に関わるプロセス変更に対して対応力が低い。また、露光装置の改造による対応では、製造コストへの影響が大きく、製造装置メーカや半導体メーカへの負担が大きくなる。さらに、製造装置の仕様が複雑になるため、性能に限界が生じるとともに稼動の安定性にも問題が生じる。

本発明は、上記従来の問題を解決するもので、製造装置の仕様を変更して製造コストを増加させることなく、着色層形成時に下部デバイスとのアライメント精度を大幅に向上させることができる着色層の形成方法、これを用いて着色層を撮像素子上に形成する撮像装置の製造方法および、これを用いて着色層を液晶表示素子などの表示素子上に形成する表示装置の製造方法を提供することを目的とする。

本発明の着色層の形成方法は、色素を含有する着色層のフォトレジスト層の下側層としてアライメントマークを形成し、該フォトレジスト層の露光時に光照射により該アライメントマークを検出してアライメントを行う着色層の形成方法であって、該アライメントマークの形成領域上のフォトレジスト層を選択的に除去するフォトレジスト除去工程と、
露出した該アライメントマークを用いたアライメントにより該フォトレジスト層を所定形状に形成する着色層形成工程とを有し、該フォトレジスト層を第１フォトレジスト層とし、該第１フォトレジスト層上に、該第１フォトレジスト層とは極性および感光波長領域が異なる第２フォトレジスト層を成膜する工程をさらに有し、該フォトレジスト除去工程は、該第２フォトレジスト層の感光波長領域で前記アライメントマークの形成領域上の第２フォトレジスト層を選択的に露光して現像することにより該アライメントマークの形成領域上の該第１フォトレジスト層および該第２フォトレジスト層を選択的に除去し、該着色層形成工程は、前記露出したアライメントマークを用いたアライメントにより該第１フォトレジスト層の露光を行い、残った第２フォトレジスト層を除去した後に、現像を行なうことにより該第１フォトレジスト層を所定形状に形成するものあり、そのことにより上記目的が達成される。

また、好ましくは、本発明の着色層の形成方法において、前記アライメントマークの検出時に使用される光の波長が、前記フォトレジスト層に含有された色素によって吸収される光の波長である。

さらに、好ましくは、本発明の着色層の形成方法における第１フォトレジスト層はネガ型およびポジ型の一方であり、前記第２フォトレジスト層は他方である。

さらに、好ましくは、本発明の着色層の形成方法における第１フォトレジスト層をｉ線、ｈ線またはｇ線によって感光させ、前記第２フォトレジスト層をＫｒＦエキシマレーザまたはＡｒＦエキシマレーザによって感光させる。即ち、前記フォトレジスト除去工程では、前記第２フォトレジスト層をＫｒＦエキシマレーザまたはＡｒＦエキシマレーザによって感光させる。また、前記着色層形成工程では、前記第１フォトレジスト層をｉ線、ｈ線またはｇ線によって感光させる。

さらに、好ましくは、本発明の着色層の形成方法において、前記第１フォトレジスト層および前記第２フォトレジスト層を重ねて設ける際に、上下の各フォトレジスト層の溶剤による再溶解を防止するために、該第１フォトレジスト層上に難溶化層を形成し、その上に該第２フォトレジスト層を形成する。

さらに、好ましくは、本発明の着色層の形成方法において、前記第１フォトレジスト層および前記第２フォトレジスト層を重ねて設ける際に、上下の各フォトレジスト層の溶剤による再溶解を防止するために、該第１フォトレジスト層上に緩衝層を形成し、その上に該第２フォトレジスト層を形成する。

さらに、好ましくは、本発明の着色層の形成方法における難溶化層は、前記第１フォトレジスト層表面への一括露光により形成する。

さらに、好ましくは、本発明の着色層の形成方法における緩衝層は、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）またはＴＡＲＣ（表面反射防止膜）を用い、これは、前記第１フォトレジスト層および前記第２フォトレジスト層に使用される溶剤に対して溶解性が低く、露光に使用される光に対する透過率が高く、かつ、現像液に対する溶解性に優れた粒子によって構成されている。

本発明の撮像装置の製造方法は、本発明の上記着色層の形成方法によって、撮像素子の各受光部上にカラーフィルタの着色層を形成するものであり、そのことにより上記目的が達成される。

また、好ましくは、本発明の撮像装置の製造方法において、前記撮像素子の各受光部上を開口する遮光膜の形成時に該遮光膜により前記アライメントマークを形成する工程を有する。

本発明の表示装置の製造方法は、本発明の上記着色層の形成方法によって、表示素子の各画素部上にカラーフィルタの着色層を形成するものであり、そのことにより上記目的が達成される。

本発明の表示装置の製造方法は、本発明の上記着色層の形成方法によって、表示素子の各画素部間上に遮光膜の着色層を形成する。

上記構成により、以下、本発明の作用について説明する。

本発明にあっては、撮像素子や表示素子上に直接または透明な層間膜を介して、色素を含有するフォトレジスト層（着色レジスト層）によってカラーフィルタの色層または遮光層を形成する。フォトレジスト露光時には、着色レジスト層の下側層にアライメントマークを形成し、光照射によりアライメントマークを検出して下部デバイスとのアライメントを行う。

このアライメントマーク検出時に使用される光の波長が、着色レジスト層に含有された色素によって吸収される波長である場合には、光が着色レジスト層により吸収されて減衰されるため、アライメント精度が低下する。

そこで、本発明では、アライメントマーク形成領域上の着色レジスト層を選択的に除去した後、露出したアライメントマークを用いてアライメントを行うことにより、マーク検出光が着色レジスト層で吸収されることなく、マーク検出が正確になって、アライメント精度を向上させることが可能となる。

着色レジスト層の選択的除去を行うためには、まず、ある波長領域に対して感光性を有する第１フォトレジスト層を設け、その上にその波長領域とは異なる波長領域に対して感光性を有する第２フォトレジスト層を重ねて設ける。第２フォトレジスト層に適した波長領域でアライメントマーク形成領域上の第２フォトレジスト層を露光して現像することによりアライメントマーク形成領域上の第２フォトレジスト層を選択的に除去し、続いてその下部の第１フォトレジスト層を部分的に現像してアライメントマーク上の第１フォトレジスト層を除去する。これにより、カラーフィルタの色層または遮光層のパターニング露光前に、着色レジスト下部に設けられたアライメントマークを露出させることが可能となる。

本発明において、第１フォトレジスト層として一般的なネガ型レジスト層が選択された場合、第２フォトレジスト層として極性が反対のポジ型を用いることが好ましい。また、波長領域については、第１フォトレジスト層として、一般的なｇ線(４３６ｎｍ)，ｈ線（４０４．７ｎｍ）またはｉ(３６５ｎｍ)線用レジストを用いる場合には、第２フォトレジスト層として、その波長に対して第２フォトレジスト層自体が透明性を有し、かつ、感光性がその波長領域と干渉しない、例えばＫｒFエキシマレーザー(２４８ｎｍ)やＡｒＦエキシマレーザ（１９３ｎｍ）のようなエキシマーレーザ用のレジストを用いることが好ましい
上記第１フォトレジスト層と第２フォトレジスト層の上下の各フォトレジスト層間に難溶化層を形成するか、または透明緩衝層を形成することによって、上層レジスト層の塗布時に下層レジスト層の再溶解および反応層形成を防止して、互いのレジストの干渉を抑えることが可能となる。

以上により、本発明によれば、アライメントマーク形成領域上の着色レジスト層（フォトレジスト層）を露光前に選択的に除去することにより、アライメントマーク検出時に使用される光が着色レジスト層により減衰されることを抑えて、Ｓ／Ｎが良好なアライメントマーク信号を検出することが可能となり、カラーフィルタのアライメント精度を大幅に向上させることができる。

また、標準的な縮小投影露光装置(ステッパー)を用いることが可能であるため、着色レジスト層による信号光の吸収を抑えるために製造装置に改造を施したり、機構を追加する必要がなく、製造装置に関する投資を抑えることができる。

さらに、撮像装置や表示装置において、信号発生や信号処理などを行うために受光部や画素部の周辺に設けられた周辺回路を遮光するために、従来用いられていた金属膜による遮光膜の代わりに、黒色レジストによりアライメント精度良く遮光膜を形成することができる。したがって、金属膜のエッチング工程や多層金属膜形成工程などが不要となり、製造工程を簡略化して製造コストを低廉価化させることができる。

以下に、本発明の着色層の形成方法の実施形態を、例えば原色フィルタ、補色フィルタおよび黒フィルタなどを含む着色層としてのカラーフィルタを撮像部上にアライメント精度よく形成する固体撮像装置の製造方法に適用した場合について、図面を参照しながら説明する。

図１（ａ）および図１（ｂ）は、本発明の実施形態に係る着色層の形成方法（第１段階）について説明するための要部縦断面図である。なお、（ａ）はその単位画素部領域を示し、（ｂ）はアライメントマーク形成領域を示している。

図１（ａ）において、半導体基板１上に、光を信号電荷に光電変換する受光部２と、この受光部２で発生した信号電荷を所定方向に電荷転送する電荷転送部３とが交互に形成されて各画素部が構成されており、この電荷転送部３上には層間絶縁膜４ａを介して転送電極５が形成され、この転送電極５上にはさらに層間絶縁膜４ｂを介して遮光膜６が形成されている。この遮光膜６は受光部２上で開口されている。さらに、この遮光膜６および層間絶縁膜４ａ上に第１透明平坦化膜７、表面保護層（透明保護層）８さらに第２透明平坦化膜９をこの順に設けて、さらにその上にカラーフィルタの色層や遮光層となる第１フォトレジスト層１０を設けている。

第１透明平坦化膜７は、受光部２と転送電極５との段差を一定値以下に抑えるために光学的に透過率が高いガラスなどによって形成されており、例えばＢＰＳＧ（Ｂｏｒｏｎ−ｐｈｏｓｐｈｉｄｅ−ｓｉｌｉｃａｔｅ ｇｌａｓｓ）やＰＳＧ（ｐｈｏｓｐｈｏ−ｓｉｌｉｃａｔｅ ｇｌａｓｓ）などの無機化合物が用いられている。

表面保護層８は、デバイスの耐湿性を確保するために窒化珪素などによって形成されている。

第２透明平坦化膜９は、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、ポリイミド樹脂、エキポシ樹脂、アルキッド樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂、ガラスレジンなどの高分子膜がスピンオン技術などによって形成されている。

第１フォトレジスト層１０は、例えば赤、緑および青のカラーフィルタを構成する色層であり、それぞれに対応する色素が含有された着色レジストからなっている。本実施形態では、この第１フォトレジスト層１０として、一般的なネガ型のｉ線用レジストを用いているが、ｇ線またはｈ線用レジストを用いてもよい。

一方、アライメントマーク形成領域には、図１（ｂ）に示すように、層間絶縁膜４ａ上に遮光膜６が所定形状にパターンニングされたアライメントマーク６ａが形成されている。このアライメントマーク６ａは、第１フォトレジスト層１０をフォトリソグラフィー技術によりアライメントする際に、位置合わせの指標として用いる。

ここで、デバイス性能を最大限に発揮させるためには、通常、遮光膜６に対するカラーフィルタの位置関係が重要であるため、カラーフィルタの下層デバイスに対するアライメントは、遮光膜６に対して行われる。このため、本実施形態では、アライメントマーク６ａを遮光膜６と同じ層で形成している。

このアライメントマーク６ａは、その上部が第１フォトレジスト層１０で覆われた状態になる。従来技術では、この状態で、露光装置によって第１フォトレジスト層１０上からアライメントマーク６ａの位置を光学的に検出している。

これに対して、本実施形態では、従来技術の改善を行い、アライメントマーク６ａの形成領域上の第１フォトレジスト層１０を除去した後で、露出したアライメントマーク６ａの位置を光学的に検出し、これを用いて露光を行うことにより、アライメント精度の改善を図っている。

図２（ａ）および図２（ｂ）は、本発明の実施形態に係る着色層の形成方法（第２段階）について説明するための要部縦断面図であり、図３（ａ）および図３（ｂ）は、本発明の実施形態に係る着色層の形成方法（最終段階）について説明するための要部縦断面図である。なお、図２および図３では、図１（ａ）および図１（ｂ）からアライメントマーク６ａの形成領域上の第１フォトレジスト層１０を選択的に除去するためのステップを説明するための要部縦断面図であって、（ａ）はその単位画素部領域を示し、（ｂ）はアライメントマーク形成領域を示している。

図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、本実施形態では、第１フォトレジスト層１０上に、第１フォトレジスト層１０と極性および感光波長領域が異なる第２フォトレジスト層１２を重ね塗りする。この第２フォトレジスト層１２として、例えば、第１フォトレジスト層１０と極性が反対のポジ型で、かつ、感光性がその感光波長領域（ｉ線）と干渉しない、例えばＫｒＦエキシマレーザ用レジストを用いるが、ＡｒＦエキシマレーザ用レジストを用いてもよい。

ここで、フォトレジスト層のプレベーク膜の上に他のフォトレジスト層を直接スピンコートすると、同系統の有機溶剤が使用されている場合に、下層の着色レジストが再溶解されたり、反応層が形成される場合がある。

その回避策の一つ目として、第１フォトレジスト層１０の最表面（＞５０ｎｍ）に表面難溶化層を形成する方法が有効である。例えば、ｉ線換算で約５ｍJ／ｃｍ^２の一括露光をウエハに行うことにより、第１フォトレジスト層１０の表面難溶化層を形成して、第２フォトレジスト層１２の塗布時に第１フォトレジスト層１０の再溶解を回避することができる。この表面難溶化層は、その後でカラーフィルタ形成のために行われる第１フォトレジスト層１０の現像工程において容易に除去されるため、適正なパターニングを行うことが可能である。これは、第１フォトレジスト層１０の現像時には一般的にシャワー現像が用いられ、化学的な中和反応と同時に物理的な衝撃によるエッチングがパターン形成のために支配的であるため、最表面に形成された５０ｎｍ架橋膜はリフトオフのような形態で簡単に剥離されるからである。

上記回避策の２つ目として、図２（ｂ）に示すように、第１フォトレジスト層１０と第２フォトレジスト層１２との間に緩衝層１１を設ける方法が挙げられる。この緩衝層１１の材料としては、その後でカラーフィルタ形成のために行われる第１フォトレジスト層１０の現像工程で容易に剥離される必要がある。さらに、第１フォトレジスト層１０上に緩衝層１１を塗布するときと、その緩衝層１１上に第２フォトレジスト層１２を塗布するときに、それぞれの界面が変質を受けないことが必要である。以上の条件を満たす材料として、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）またはＴＡＲＣ（表面反射防止膜）材などとして市販されているアクアタールもしくはリラックス（商標登録：ＡＺエレクトロニックマテリアルズ（株））などが好ましい。これらの材料は、スピンオンプロセスへの直接応用が可能であり、かつ、薄膜でｉ線に対する透過性に優れ、さらに、極性溶媒に対する溶解性に富む水溶媒の材料であることから、上下界面への影響が無いからである。より好ましい緩衝層材料としては、上記ＰＶＡの系統以外に、例えばアクリル酸ポリマーなどが挙げられる。さらに、これらの材料は、水またはアルカリ性現像液に対して容易に溶解される。

以上のような表面難溶化層または緩衝層１１の形成後に、例えばＫｒＦエキシマレーザー用レジストを塗布することによって、第２フォトレジスト層１２を形成する。緩衝膜１１上では、その界面での変質などの問題が発生しないため、薄膜(１００ｎｍ〜５００ｎｍ)の第２フォトレジスト層１２を容易に塗布形成することができる。

次に、図２（ｂ）に示すアライメントマーク６ａの形成領域上のフォトレジスト層１０を選択的に除去するために、アライメントマーク６ａの形成領域のみが露光されるマスクを用いて、ＫｒＦエキシマレーザを用いた露光装置により第２フォトレジスト層１２の感光波長領域で露光を行う。このときのアライメント精度は、アライメントマーク６ａが１００μｍ×１００μｍ以上の大型サイズであることから、厳しいものではない。露光方法は、いわゆるファースト露光（位置合わせを行わない露光）により対応することができる。露光装置によって、ウエハのオリエンテーションフラットネスもしくはノッチの位置を基準としたプリアライメントを機械的に行う。そのアライメント精度は約２０μｍであり、例えば１００μｍ×１００μｍのアライメントマーク６ａであれば、最小で１４０μｍ×１４０μｍの開口部を有するマスクであれば、十分対応することが可能である。

露光後の現像時には、第２フォトレジスト層１２がＫｒＦエキシマレーザ用レジストであれば、ＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムヒドロキシ）２．３８％の有機アルカリ現像液による現像を行う。これにより、図２（ｂ）に破線Ａで示すようなプロファイルにより、アライメントマーク６ａの形成領域上の第１フォトレジスト層１０、第２フォトレジスト層１２および緩衝層１１がエッチングされて除去される。このとき、第１フォトレジスト１０は露光されていないが、アライメントマーク６ａの形成領域上の第１フォトレジスト層１０は第２フォトレジスト層１２で覆われていないため、現像される。このように、第１フォトレジスト層１０を選択的に除去するために、極性と感光波長領域とが異なる第１フォトレジスト層１０上に第２フォトレジスト層１２を設けている。また、緩衝層１１と第１レジスト層１０は、上記現像液によっていわゆるサイドエッチが進行するが、適切な現像時間を設定することにより、サイドエッチ量を最小限に留めることができる。

これに続いて、図３（ａ）に示すように、上記工程で得られたウエハに対して、ｉ線ステッパーを用いて、フォトリソグラフィー技術により通常通りにカラーフィルタ形成のために第１フォトレジスト層１０の露光を行う。この場合、第１フォトレジスト層１０上の第２フォトレジスト層１２は、ＫｒＦエキシマレーザ用レジストであり、ｉ線に対して透明であるため、第１フォトレジスト層１０の露光には何ら影響を与えない。

このとき、図３（ｂ）に破線Ａで示すように、アライメントマーク６ａの形成領域上の第１フォトレジスト層１０、第２フォトレジスト層１２および緩衝層１１が除去さて、アライメントマーク６ａが露出されており、従来技術で問題となっていた第１フォトレジスト層１０による光の減衰を一切受けずにアライメントマーク６ａの検出を明確に行えるため、下層パターンと同一レベルの高いアライメント精度を確保することができる。

現像時には、まず、表面に残っているＫｒＦエキシマレーザ用レジストからなる第２フォトレジスト層１２をアルカリ性溶液に可溶とするため、深紫外線によりウエハ面内一括露光を行う。続いて、上記ＴＭＡＨ現像液により、ＫｒＦエキシマレーザ用レジストからなる第２フォトレジスト層１２を除去する。この際、オーバー現像が起こらないように注意が必要であり、短時間の処理（膜厚依存性が高い）によってＫｒＦエキシマレーザ用レジストからなる第２フォトレジスト層１２をほぼ選択的に除去するようにする。その後に、第１フォトレジスト層１０の専用の現像液にて、現像を行って、第１フォトレジスト層１０を所望の形状に加工して、カラーフィルタの色層を形成する。

このようにして、撮像素子の各受光部２上にカラーフィルタの色層を形成することにより、本実施形態の固体撮像装置２０を製造することができる。この場合には、撮像素子の各受光部２上を開口する遮光膜６の形成時に、この遮光膜６によりアライメントマーク６ａを形成している。

以上により、本実施形態によれば、カラーフィルタとなる色素を含有するフォトレジスト層１０の下層にアライメントマーク６ａを遮光膜６の形成時に形成し、そのフォトレジスト層１０の露光時に光照射によりアライメントマーク６ａを検出してアライメントを行なう着色層（カラーフィルタ）の形成方法において、アライメントマーク検出時に使用される光の波長が、フォトレジスト層１０に含有された色素によって吸収される波長である場合に、アライメントマーク６ａの形成領域上のフォトレジスト層１０を選択的に除去した後に、上部に露出されたアライメントマーク６ａを用いた明確なアライメントによりフォトレジスト層１０の露光を行って所望のカラーフィルタ形状に加工する。これによって、このフォトレジスト層１０の露光時に、フォトレジスト層１０を通さずに、直接アライメントマーク６ａの位置を明確に検出することができる。したがって、製造装置の仕様を変更して製造コストを増加させることなく、カラーフィルタ形成時に下部デバイスとのアライメント精度を大幅に向上させることができる。

なお、上記実施形態では、撮像装置において、撮像素子の受光部２上に色層が形成された一般的なカラーフィルタの形成に本発明を適用した事例について説明したが、本発明はこれに限らず、表示装置において、表示素子の画素部上に色層が形成されたカラーフィルタの形成に適用することも可能である。この場合にも、フォトレジストを通さずに、直接アライメントマーク６ａの位置を検出することができて、アライメント精度を大幅に向上させることができる本発明の効果を奏する。

また、黒色レジストにより撮像素子の受光部または表示素子の画素部を開口させて遮光層を形成したり、ブラックマトリックスやブラックストライプの形成に適用することも可能である。この場合にも、フォトレジストを通さずに、直接アライメントマーク６ａの位置を検出することができて、アライメント精度を大幅に向上させることができる本発明の効果を奏する。

以上のように、本発明の好ましい実施形態を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許、特許出願および文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。

本発明は、アライメント技術を用いて、例えば原色フィルタ、補色フィルタおよび黒フィルタを含むカラーフィルタなどの着色層を形成する着色層の形成方法、これを用いて着色層を撮像素子上に形成する撮像装置の製造方法および、これを用いて着色層を液晶表示素子などの表示素子上に形成する表示装置の製造方法、これらを用いて製造された撮像装置および表示装置の分野において、アライメントマーク形成領域上の着色レジスト層（フォトレジスト層）を露光前に選択的に除去することにより、アライメントマーク検出時に使用される光が着色レジスト層により減衰されることを抑えて、Ｓ／Ｎが良好なアライメントマーク信号を検出することが可能となり、カラーフィルタのアライメント精度を大幅に向上させることができる。

また、標準的な縮小投影露光装置(ステッパー)を用いることが可能であるため、着色レジスト層による信号光の吸収を抑えるために製造装置に改造を施したり、機構を追加する必要がなく、製造装置に関する投資を抑えることができる。

さらに、撮像装置や表示装置において、信号発生や信号処理などを行うために受光部や画素部の周辺に設けられた周辺回路を遮光するために、従来用いられていた金属膜による遮光膜の代わりに、黒色レジストによりアライメント精度良く遮光膜を形成することができる。したがって、金属膜のエッチング工程や多層金属膜形成工程などが不要となり、製造工程を簡略化して製造コストを低廉価化させることができる。

（ａ）および（ｂ）は、本発明の実施形態に係る着色層の形成方法（第１段階）について説明するための要部縦断面図である。 （ａ）および（ｂ）は、本発明の実施形態に係る着色層の形成方法（第２段階）について説明するための要部縦断面図である。 （ａ）および（ｂ）は、本発明の実施形態に係る着色層の形成方法（最終段階）について説明するための要部縦断面図である。 特許文献１に開示されている従来の固体撮像素子とカラーフィルタとのアライメント方法を説明するための要部縦断面図である。

符号の説明

１ 半導体基板
２ 受光部
３ 電荷転送部
４ａ，４ｂ 層間絶縁膜
５ 転送電極
６ 遮光膜
６ａ アライメントマーク
７ 第１透明平坦化層
８ 表面保護層
９ 第２透明平坦化膜
１０ 第１フォトレジスト層
１１ 緩衝層
１２ 第２フォトレジスト層
２０ 固体撮像装置

Claims (13)

1. 色素を含有する着色層のフォトレジスト層の下側層としてアライメントマークを形成し、該フォトレジスト層の露光時に光照射により該アライメントマークを検出してアライメントを行う着色層の形成方法であって、
   該アライメントマークの形成領域上のフォトレジスト層を選択的に除去するフォトレジスト除去工程と、
   露出した該アライメントマークを用いたアライメントにより該フォトレジスト層を所定形状に形成する着色層形成工程とを有し、
   該フォトレジスト層を第１フォトレジスト層とし、該第１フォトレジスト層上に、該第１フォトレジスト層とは極性および感光波長領域が異なる第２フォトレジスト層を成膜する工程をさらに有し、
   該フォトレジスト除去工程は、該第２フォトレジスト層の感光波長領域で前記アライメントマークの形成領域上の第２フォトレジスト層を選択的に露光して現像することにより該アライメントマークの形成領域上の該第１フォトレジスト層および該第２フォトレジスト層を選択的に除去し、
   該着色層形成工程は、前記露出したアライメントマークを用いたアライメントにより該第１フォトレジスト層の露光を行い、残った第２フォトレジスト層を除去した後に、現像を行なうことにより該第１フォトレジスト層を所定形状に形成する着色層の形成方法。
2. 前記アライメントマークの検出時に使用される光の波長が、前記フォトレジスト層に含有された色素によって吸収される光の波長である請求項１に記載の着色層の形成方法。
3. 前記第１フォトレジスト層はネガ型およびポジ型の一方であり、前記第２フォトレジスト層は他方である請求項１に記載の着色層の形成方法。
4. 前記フォトレジスト除去工程では、前記第２フォトレジスト層をＫｒＦエキシマレーザまたはＡｒＦエキシマレーザによって感光させる請求項１または３に記載の着色層の形成方法。
5. 前記着色層形成工程では、前記第１フォトレジスト層をｉ線、ｈ線またはｇ線によって感光させる請求項１または３に記載の着色層の形成方法。
6. 前記第１フォトレジスト層および前記第２フォトレジスト層の上下の各フォトレジスト層の溶剤による再溶解を防止するために、該第１フォトレジスト層上に難溶化層を形成し、その上に該第２フォトレジスト層を形成する請求項１に記載の着色層の形成方法。
7. 前記第１フォトレジスト層および前記第２フォトレジスト層の上下の各フォトレジスト層の溶剤による再溶解を防止するために、該第１フォトレジスト層上に緩衝層を形成し、その上に該第２フォトレジスト層を形成する請求項１に記載の着色層の形成方法。
8. 前記難溶化層は、前記第１フォトレジスト層表面への一括露光により形成する請求項６に記載の着色層の形成方法。
9. 前記緩衝層は、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）またはＴＡＲＣ（表面反射防止膜）を用いる請求項７に記載の着色層の形成方法。
10. 請求項１〜９のいずれかに記載の着色層の形成方法によって、撮像素子の各受光部上にカラーフィルタの着色層を形成する撮像装置の製造方法。
11. 前記撮像素子の各受光部上を開口する遮光膜の形成時に該遮光膜により前記アライメントマークを形成する工程を有する請求項１０に記載の撮像装置の製造方法。
12. 請求項１〜９のいずれかに記載の着色層の形成方法によって、表示素子の各画素部上にカラーフィルタの着色層を形成する表示装置の製造方法。
13. 請求項１〜９のいずれかに記載の着色層の形成方法によって、表示素子の各画素部間上に遮光膜の着色層を形成する表示装置の製造方法。