JP6092358B2 - 遮光膜用着色組成物、遮光膜及び遮光パターンの形成方法、並びに固体撮像素子及びその製造方法 - Google Patents
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Description
具体的には、例えば、感光性の樹脂組成物として、光学濃度の向上等のために特定のX線回折ピーク強度比を有するチタンブラックを含む感光性樹脂組成物(例えば、特許文献1〜2参照)や、特定の窒素濃度や特定の結晶子径を有するチタンブラックを含む感光性樹脂組成物(例えば、特許文献3〜5参照)が提案されている。また、遮光性材料として有機顔料と酸化チタン顔料や酸窒化チタンとからなる顔料混合物を含有する顔料分散組成物が開示されている(例えば、特許文献6参照)。
前記課題を達成するための具体的手段は以下の通りである。
<1> チタン原子を有する黒色チタン顔料から選ばれる少なくとも一種と、赤色有機顔料、黄色有機顔料、紫色有機顔料、及び橙色有機顔料の群から選ばれる有機顔料の少なくとも1種とを含みかつ、黒色チタン顔料、赤色有機顔料、黄色有機顔料、紫色有機顔料、及び橙色有機顔料以外の色素を含まず、有機顔料の少なくとも一種は、ジケトピロロピロール系顔料、ペリレン系顔料、ベンズイミダゾロン系顔料、ペリノン系顔料、ナフトールAS系顔料、ピラゾロン系顔料、又はイソインドリノン系顔料であり、波長650nmの光の透過率が0.2%となるように成膜したときに、波長400〜700nmの光の透過率の最大値が1.5%以下であり、その最大透過率を示す波長が400〜550nmに有しており、波長400nmにおける光の透過率が0.1%以上である遮光膜用着色組成物である。
<2> 前記波長400〜700nmの光の透過率の最大値が0.52%以上1.5%以下であることを特徴とする<1>に記載の遮光膜用着色組成物である。
<3> チタン原子を有する黒色チタン顔料から選ばれる少なくとも一種と、赤色有機顔料、黄色有機顔料、紫色有機顔料、及び橙色有機顔料の群から選ばれる有機顔料の少なくとも1種とを含み、有機顔料の少なくとも一種は、ジケトピロロピロール系顔料、ペリレン系顔料、ベンズイミダゾロン系顔料、ペリノン系顔料、ナフトールAS系顔料、ピラゾロン系顔料、又はイソインドリノン系顔料であり、波長650nmの光の透過率が0.2%となるように成膜したときに、波長400〜700nmの光の透過率の最大値が1.5%以下であり、その最大透過率を示す波長を400〜550nmに有しており、波長400nmにおける光の透過率が0.1%以上である遮光膜用着色組成物。
<4> 前記波長400nmにおける光の透過率が0.35%以上である<1>〜<3>のいずれか1つに記載の遮光膜用着色組成物。
<5> 前記黒色チタン顔料の含有量が、全固形分質量に対して20質量%以上であることを特徴とする<1>〜<4>のいずれか1つに記載の遮光膜用着色組成物である。
<6> 前記黒色チタン顔料の含有量が、全顔料に対して35質量%以上であることを特徴とする<1>〜<5>のいずれか1つに記載の遮光膜用着色組成物である。
<7> 前記有機顔料の少なくとも一種が、C.I.Pigment Red177、179、224、254、C.I.Pigment Violet29、C.I.Pigment Yellow139、C.I.Pigment Orange34、36、38、43、62、64又は71である<1>〜<6>のいずれか1つに記載の遮光膜用着色組成物。
<8> 更に、分散剤としてグラフト共重合体を含む<1>〜<7>のいずれか1つに記載の遮光膜用着色組成物。
<9> グラフト共重合体が、下記式(1)〜式(5)のいずれかで表される構造単位をグラフト部位として有する<8>に記載の遮光膜用着色組成物。
<11> 光重合開始剤が、オキシム系化合物である<10>に記載の遮光膜用着色組成物。
<12> オキシム系化合物が、下記K−1で表される化合物である<11>に記載の遮光膜用着色組成物。
<15> チタン原子を有する黒色チタン顔料から選ばれる少なくとも一種と、赤色有機顔料、黄色有機顔料、紫色有機顔料、及び橙色有機顔料の群から選ばれる有機顔料の少なくとも1種とを含み、有機顔料の少なくとも一種は、ジケトピロロピロール系顔料、ペリレン系顔料、ベンズイミダゾロン系顔料、ペリノン系顔料、ナフトールAS系顔料、ピラゾロン系顔料、又はイソインドリノン系顔料であり、波長650nmの光の透過率が0.2%であるときに、波長400〜700nmの光の透過率の最大値が1.5%以下であり、その最大透過率を示す波長を400〜550nmに有しており、波長400nmにおける光の透過率が0.1%以上である遮光膜である。
<16> 前記波長400nmにおける光の透過率が0.35%以上である<15>に記載の遮光膜。
<18> 複数の受光素子を備えた半導体基板と、各受光素子に対向させて配置され、受光素子に入射する光を集光する集光機能を有する光学部材と、前記受光素子と前記光学部材との間に配置されたカラーフィルタと、前記光学部材の前記カラーフィルタと対向しない側に設けられ、前記複数の受光素子と向き合う領域以外の領域の少なくとも一部に、チタン原子を有する黒色チタン顔料から選ばれる少なくとも一種と、赤色有機顔料、黄色有機顔料、紫色有機顔料、及び橙色有機顔料の中から選ばれる有機顔料の少なくとも1種とを含み、有機顔料の少なくとも一種は、ジケトピロロピロール系顔料、ペリレン系顔料、ベンズイミダゾロン系顔料、ペリノン系顔料、ナフトールAS系顔料、ピラゾロン系顔料、又はイソインドリノン系顔料であり、波長650nmの光の透過率が0.2%であるときに、波長400〜700nmの光の透過率の最大値が1.5%以下であり、その最大透過率を示す波長を400〜550nmに有しており、波長400nmにおける光の透過率が0.35%以上である遮光パターンを有する透光性部材と、を備えた固体撮像素子である。
<19> 前記<15>又は<16>に記載の遮光膜を備えた固体撮像素子である。
本発明によれば、遮光能に優れ、剥がれの少ない遮光膜及び遮光パターンの形成方法を提供することができる。さらに、
本発明によれば、ノイズが少なく色再現性に優れた固体撮像素子及びその製造方法を提供することができる。
本発明の遮光膜用着色組成物は、チタン原子を有する黒色チタン顔料から選ばれる少なくとも一種と、赤色有機顔料、黄色有機顔料、紫色有機顔料、及び橙色有機顔料の中から選ばれる有機顔料の少なくとも1種とを含みかつ、黒色チタン顔料、赤色有機顔料、黄色有機顔料、紫色有機顔料、及び橙色有機顔料以外の色素を含まず、有機顔料の少なくとも一種は、ジケトピロロピロール系顔料、ペリレン系顔料、ベンズイミダゾロン系顔料、ペリノン系顔料、ナフトールAS系顔料、ピラゾロン系顔料、又はイソインドリノン系顔料であり、波長650nmの光の透過率が0.2%となるように成膜したときに、波長400〜700nmの光の透過率の最大値を1.5%以下とし、その最大透過率を示す波長を400〜550nmに有しており、波長400nmにおける光の透過率を0.1%以上として構成したものである。
または、チタン原子を有する黒色チタン顔料から選ばれる少なくとも一種と、赤色有機顔料、黄色有機顔料、紫色有機顔料、及び橙色有機顔料の群から選ばれる有機顔料の少なくとも1種とを含み、有機顔料の少なくとも一種は、ジケトピロロピロール系顔料、ペリレン系顔料、ベンズイミダゾロン系顔料、ペリノン系顔料、ナフトールAS系顔料、ピラゾロン系顔料、又はイソインドリノン系顔料であり、波長650nmの光の透過率が0.2%となるように成膜したときに、波長400〜700nmの光の透過率の最大値が1.5%以下であり、その最大透過率を示す波長を400〜550nmに有しており、波長400nmにおける光の透過率が0.35%以上として構成した遮光膜用着色組成物である。
また、露光時の光の波長域における透過率をコントロールすることで、露光時の光拡散によるパターン形状の太りや、パターン断面が基板に近い程削れて細くなる逆テーパー化を抑制することができる。
なお、光学濃度(OD)は、(株)島津製作所製UV−3600を用い、得られた膜の透過率測定を行ない、得られた透過率(%T)を下記式により変換してOD値とする。
OD値=−Log(%T/100)
具体的には、黒色チタン顔料及び有機顔料の混合割合は、有機顔料(orp)に対する黒色チタン顔料(tip)の質量比(tip:orp)が90:10〜40:60を満たすように混合することにより前記透過率に調製することができる。遮光性と密着性の向上効果の観点からは、質量比(tip:orp)が90:10〜60:40を満たす範囲がより好ましい。
さらに、赤色有機顔料及び/又は黄色有機顔料に対する黒色チタン顔料の質量比(tip:orp)が90:10〜40:60を満たす場合(より好ましくは90:10〜60:40を満たす場合)が好ましく、ジケトピロロピロール系顔料、ペリレン系顔料、ナフトールAS系顔料、及びアンスラキノン系顔料から選ばれる有機顔料に対する黒色チタン顔料の質量比(tip:orp)が、90:10〜40:60を満たす場合(より好ましくは90:10〜60:40を満たす場合)がより好ましい。
本発明における黒色チタン顔料は、チタン原子を有する黒色粒子(黒色顔料)である。黒色チタン顔料は、好ましくは低次酸化チタンやTiNxOy(x,yは2未満の実数)で表される酸窒化チタン等である。
黒色チタン顔料は、1種単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
本発明における有機顔料としては、赤色有機顔料、黄色有機顔料、紫色有機顔料、及び橙色有機顔料から選ばれる顔料を用いる。赤色有機顔料としては、例えば、C.I.Pigment Red 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 9, 10, 14, 17, 22, 23, 31, 38, 41, 48:1, 48:2, 48:3, 48:4, 49, 49:1, 49:2, 52:1, 52:2, 53:1, 57:1, 60:1, 63:1, 66, 67, 81:1, 81:2, 81:3, 83, 88, 90, 105, 112, 119, 122, 123, 144, 146, 149, 150, 155, 166, 168, 169, 170, 171, 172, 175, 176, 177, 178, 179, 184, 185, 187, 188, 190, 200, 202, 206, 207, 208, 209, 210, 216, 220, 224, 226, 242, 246, 254, 255, 264, 270, 272, 279等が挙げられる。
紫色有機顔料としては、例えば、CI.Pigment Violet 1, 2, 19, 23, 27, 29, 32, 37, 42等が挙げられる。
黄色有機顔料としては、例えば、C.I.Pigment Yellow 1, 2, 3, 4, 5, 6, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 20, 24, 31, 32, 34, 35, 35:1, 36, 36:1, 37, 37:1, 40, 42, 43, 53, 55, 60, 61, 62, 63, 65, 73, 74, 77, 81, 83, 86, 93, 94, 95, 97, 98, 100, 101, 104, 106, 108, 109, 110, 113, 114, 115, 116, 117, 118, 119, 120, 123, 125, 126, 127, 128, 129, 137, 138, 139, 147, 148, 150, 151, 152, 153, 154, 155, 156, 161, 162, 164, 166, 167, 168, 169, 170, 171, 172, 173, 174, 175, 176, 177, 179, 180, 181, 182, 185, 187, 188, 193, 194, 199, 213, 214等が挙げられる。
また、橙色有機顔料としては、例えば、C.I.Pigment Orange 2, 5, 13, 16, 17:1, 31, 34, 36, 38, 43, 46, 48, 49, 51, 52, 55, 59, 60, 61, 62, 64, 71, 73等が挙げられる。
本発明の遮光膜用着色組成物には、上記の顔料以外に、光透過領域と遮光領域とにおける光の透過性を調節する等の目的で、緑色、青色、黒色等の他色の有機顔料や体質顔料を必要に応じて併用してもよい。他色の有機顔料の例としては、C.I. Pigment Green 7, 10, 36, 37, 58;C.I.Pigment Blue 1, 2, 15, 15:1, 15:2, 15:3, 15:4, 15:6, 16, 22, 60, 64, 66, 79, 80;C.I.Pigment Brown 25, 28;C.I.Pigment Black 1, 7、などを挙げることができる。前記体質顔料としては、例えば、硫酸バリウム、炭酸バリウム、炭酸カルシウム、シリカ、塩基性炭酸マグネシウム、アルミナ白、グロス白、チタンホワイト、ハイドロタルサイト等を挙げることができる。体質顔料の使用量は、黒色チタン顔料100質量部に対して、好ましくは5〜50質量部であり、さらに好ましくは10〜40質量部である。
本発明の遮光膜用着色組成物は、樹脂(後述の分散剤以外の樹脂)の少なくとも一種を含有することが好ましい。
樹脂としては、線状有機ポリマーを用いることが好ましい。このような線状有機ポリマーとしては、公知のものを任意に使用することができ、好ましくは、水現像あるいは弱アルカリ水現像を可能とするために、水あるいは弱アルカリ水に可溶性又は膨潤性である線状有機ポリマーが選択される。
線状有機ポリマーとしては、側鎖にカルボン酸基を有するラジカル重合体、例えば特開昭59−44615号、特公昭54−34327号、特公昭58−12577号、特公昭54−25957号、特開昭54−92723号、特開昭59−53836号、特開昭59−71048号に記載されているもの、すなわち、カルボキシル基を有するモノマーを単独あるいは共重合させた樹脂、酸無水物を有するモノマーを単独あるいは共重合させ酸無水物ユニットを加水分解もしくはハーフエステル化もしくはハーフアミド化させた樹脂、エポキシ樹脂を不飽和モノカルボン酸及び酸無水物で変性させたエポキシアクリレート等が挙げられる。カルボキシル基を有するモノマーとしては、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、クロトン酸、マレイン酸、フマル酸、4−カルボキシルスチレン等が挙げられ、酸無水物を有するモノマーとしては、無水マレイン酸等が挙げられる。また、同様に側鎖にカルボン酸基を有する酸性セルロース誘導体がある。この他に水酸基を有する重合体に環状酸無水物を付加させたものなどが有用である。
線状有機ポリマーのうち、弱アルカリ水に可溶性又は膨潤性である線状有機ポリマーを、以下、「アルカリ可溶性樹脂」ともいう。
遮光膜用着色組成物の全固形分中における樹脂の含有量(2種以上の場合は総含有量)としては、特に制限はなく、本発明の効果をより効果的に得る観点から、5〜50質量%が好ましく、10〜40質量%がより好ましく、10〜35質量%が特に好ましい。
本発明の遮光膜用着色組成物は、重合性化合物の少なくとも一種を含有することが好ましい。
重合性化合物としては、例えば、少なくとも一個のエチレン性不飽和二重結合を有する付加重合性化合物を挙げることができる。具体的には、末端エチレン性不飽和結合を少なくとも1個、好ましくは2個以上有する化合物から選ばれる。このような化合物群は当該産業分野において広く知られているものであり、本発明においてはこれらを特に限定なく用いることができる。これらは、例えばモノマー、プレポリマー、すなわち2量体、3量体及びオリゴマー、又はそれらの混合物並びにそれらの(共)重合体などの化学的形態のいずれであってもよい。
また、イソシアネートと水酸基の付加反応を用いて製造されるウレタン系付加重合性化合物も好適であり、そのような具体例としては、特公昭48−41708号公報中に記載されている1分子に2個以上のイソシアネート基を有するポリイソシアネート化合物に、下記一般式(A)で表される水酸基を含有するビニルモノマーを付加させた1分子中に2個以上の重合性ビニル基を含有するビニルウレタン化合物等が挙げられる。
CH2=C(R4)COOCH2CH(R5)OH … (A)
〔但し、一般式(A)中、R4及びR5は、それぞれ独立にH又はCH3を表す。〕
本発明の遮光膜用着色組成物は、光重合開始剤の少なくとも一種を含有することが好ましい。光重合開始剤は、上記の光重合性化合物を重合させ得るものであれば特に限定されないが、特性、開始効率、吸収波長、入手性、コスト等の観点で選ばれるのが好ましい。
具体的な例としては、2−(O−ベンゾイルオキシム)−1−[4−(フェニルチオ)フェニル]−1,2−ブタンジオン、2−(O−ベンゾイルオキシム)−1−[4−(フェニルチオ)フェニル]−1,2−ペンタンジオン、2−(O−ベンゾイルオキシム)−1−[4−(フェニルチオ)フェニル]−1,2−ヘキサンジオン、2−(O−ベンゾイルオキシム)−1−[4−(フェニルチオ)フェニル]−1,2−ヘプタンジオン、2−(O−ベンゾイルオキシム)−1−[4−(フェニルチオ)フェニル]−1,2−オクタンジオン、2−(O−ベンゾイルオキシム)−1−[4−(メチルフェニルチオ)フェニル]−1,2−ブタンジオン、2−(O−ベンゾイルオキシム)−1−[4−(エチルフェニルチオ)フェニル]−1,2−ブタンジオン、2−(O−ベンゾイルオキシム)−1−[4−(ブチルフェニルチオ)フェニル]−1,2−ブタンジオン、1−(O−アセチルオキシム)−1−[9−エチル−6−(2−メチルベンゾイル)−9H−カルバゾール−3−イル]エタノン、1−(O−アセチルオキシム)−1−[9−メチル−6−(2−メチルベンゾイル)−9H−カルバゾール−3−イル]エタノン、1−(O−アセチルオキシム)−1−[9−プロプル−6−(2−メチルベンゾイル)−9H−カルバゾール−3−イル]エタノン、1−(O−アセチルオキシム)−1−[9−エチル−6−(2−エチルベンゾイル)−9H−カルバゾール−3−イル]エタノン、1−(O−アセチルオキシム)−1−[9−エチル−6−(2−ブチルベンゾイル)−9H−カルバゾール−3−イル]エタノンなどが挙げられる。但し、これらに限定されるものではない。
具体的には、オキシム化合物としては、下記式(I)で表される化合物が好ましい。なお、オキシム結合のN−O結合が(E)体のオキシム化合物であっても、(Z)体のオキシム化合物であっても、(E)体と(Z)体との混合物であってもよい。
前記Rで表される一価の置換基としては、一価の非金属原子団であることが好ましい。
前記一価の非金属原子団としては、アルキル基、アリール基、アシル基、アルコキシカルボニル基、アリールオキシカルボニル基、複素環基、アルキルチオカルボニル基、アリールチオカルボニル基等が挙げられる。また、これらの基は、1以上の置換基を有していてもよい。また、前述した置換基は、さらに他の置換基で置換されていてもよい。
置換基としては、ハロゲン原子、アリールオキシ基、アルコキシカルボニル基又はアリールオキシカルボニル基、アシルオキシ基、アシル基、アルキル基、アリール基等が挙げられる。
具体的には、チエニル基、ベンゾ[b]チエニル基、ナフト[2,3−b]チエニル基、チアントレニル基、フリル基、ピラニル基、イソベンゾフラニル基、クロメニル基、キサンテニル基、フェノキサチイニル基、2H−ピロリル基、ピロリル基、イミダゾリル基、ピラゾリル基、ピリジル基、ピラジニル基、ピリミジニル基、ピリダジニル基、インドリジニル基、イソインドリル基、3H−インドリル基、インドリル基、1H−インダゾリル基、プリニル基、4H−キノリジニル基、イソキノリル基、キノリル基、フタラジニル基、ナフチリジニル基、キノキサニリル基、キナゾリニル基、シンノリニル基、プテリジニル基、4aH−カルバゾリル基、カルバゾリル基、β−カルボリニル基、フェナントリジニル基、アクリジニル基、ペリミジニル基、フェナントロリニル基、フェナジニル基、フェナルサジニル基、イソチアゾリル基、フェノチアジニル基、イソキサゾリル基、フラザニル基、フェノキサジニル基、イソクロマニル基、クロマニル基、ピロリジニル基、ピロリニル基、イミダゾリジニル基、イミダゾリニル基、ピラゾリジニル基、ピラゾリニル基、ピペリジル基、ピペラジニル基、インドリニル基、イソインドリニル基、キヌクリジニル基、モルホリニル基、及び、チオキサントリル基が例示できる。
下記の構造中、Y、X、及び、nは、それぞれ、後述する式(II)におけるY、X、及び、nと同義であり、好ましい例も同様である。
中でも、Aとしては、感度を高め、加熱経時による着色を抑制する点から、無置換のアルキレン基、アルキル基(例えば、メチル基、エチル基、tert−ブチル基、ドデシル基)で置換されたアルキレン基、アルケニル基(例えば、ビニル基、アリル基)で置換されたアルキレン基、アリール基(例えば、フェニル基、p−トリル基、キシリル基、クメニル基、ナフチル基、アンスリル基、フェナントリル基、スチリル基)で置換されたアルキレン基が好ましい。
なかでも、感度を高め、加熱経時による着色を抑制する点から、置換又は無置換のフェニル基が好ましい。
また、式(II)におけるnは、0〜5の整数を表し、0〜2の整数が好ましい。
また、本発明の遮光膜用着色組成物には、上記の光重合開始剤のほかに他の公知の開始剤を使用してもよい。
遮光膜用着色組成物の全固形分中における光重合開始剤の含有量(2種以上の場合は総含有量)は、本発明による効果をより効果的に得る観点から、3〜20質量%が好ましく、4〜19質量%がより好ましく、5〜18質量%が特に好ましい。
本発明における分散剤としては、高分子分散剤〔例えば、ポリアミドアミンとその塩、ポリカルボン酸とその塩、高分子量不飽和酸エステル、変性ポリウレタン、変性ポリエステル、変性ポリ(メタ)アクリレート、(メタ)アクリル系共重合体、ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物〕、及びポリオキシエチレンアルキルリン酸エステル、ポリオキシエチレンアルキルアミン、アルカノールアミン、顔料誘導体等を挙げることができる。
本発明における分散剤は、その構造から更に直鎖状高分子、末端変性型高分子、グラフト型高分子、ブロック型高分子に分類することができる。
また、分散剤の顔料表面を改質すると、分散樹脂の吸着を促進させる効果を有する。
前記グラフトポリマーの主鎖構造としては、特に限定はなく、ポリ(メタ)アクリル構造、ポリエステル構造、ポリウレタン構造、ポリウレア構造などが挙げられるが、合成の簡便性の点から、ポリ(メタ)アクリル構造が好ましい。
グラフト共重合体としては、水素原子を除いた原子数が40〜10000の範囲であるグラフト鎖を有することが好ましい。この場合のグラフト鎖とは、共重合体の主鎖の根元から、主鎖から枝分かれしている基の末端までを示す。
遮光膜用着色組成物において、このグラフト共重合体は、黒色チタン顔料に分散性を付与する分散樹脂であり、優れた分散性と、グラフト鎖による溶媒との親和性を有するために、黒色チタン顔料の分散性、及び、経時後の分散安定性に優れる。また、感光性樹脂組成物としたとき、グラフト鎖による重合性化合物もしくはその他の併用可能な樹脂などとの親和性を有するので、アルカリ現像で残渣を生じにくくなる。
式(1)〜式(5)において、Y1、Y2、Y3、Y4、及び、Y5はそれぞれ独立に2価の連結基であり、特に構造上制約されない。具体的には、下記の(Y−1)から(Y−20)の連結基などが挙げられる。下記構造でA、Bはそれぞれ、式(1)〜式(5)における左末端基、右末端基との結合を意味する。下記に示した構造のうち、合成の簡便性から、(Y−2)、(Y−13)であることがより好ましい。
式(1)〜式(5)において、n、m、p、q、及び、rはそれぞれ1から500の整数である。
このような酸基を導入することで、グラフト共重合体のアルカリ現像性を向上させるという利点をも有する。
本発明のグラフト共重合体に好適に使用されるこれら共重合成分の含有量は、0.1モル%以上50モル%以下であり、特に好ましくは、アルカリ現像による画像強度のダメージ抑制という観点から、1モル%以上30モル%以下である。
R1、R2、及びR3は、より好ましくは水素原子、又は炭素原子数が1〜3のアルキル基であり、最も好ましくは、水素原子又はメチル基である。R2、及びR3は、水素原子であることが特に好ましい。
Xは、酸素原子(−O−)又はイミノ基(−NH−)を表し、酸素原子であることが好ましい。
更にはこの場合に、前記式(1)で表される構造単位を有し、かつY1が(Y−2)又は(Y−13)を表す場合が特に好ましい。
メタクリル酸、クロトン酸、イソクロトン酸、分子内に付加重合性二重結合と水酸基を有する化合物(例えば、メタクリル酸2−ヒドロキシエチル)とコハク酸無水物の反応物、分子内に付加重合性二重結合と水酸基を有する化合物とフタル酸無水物の反応物、分子内に付加重合性二重結合と水酸基を有する化合物とテトラヒドロキシフタル酸無水物の反応物、分子内に付加重合性二重結合と水酸基を有する化合物と無水トリメリット酸の反応物、分子内に付加重合性二重結合と水酸基を有する化合物とピロメリット酸無水物の反応物、アクリル酸、アクリル酸ダイマー、アクリル酸オリゴマー、マレイン酸、イタコン酸、フマル酸、4−ビニル安息香酸、ビニルフェノール、4−ヒドロキシフェニルメタクリルアミドなどが挙げられる。
これらの分散剤は、一種単独であるいは2種以上を組み合わせて使用してもよい。
本発明の遮光膜用着色組成物は、溶剤として、種々の有機溶剤を用いることができる。
溶剤としては、例えば、アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサン、酢酸エチル、エチレンジクロライド、テトラヒドロフラン、トルエン、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、アセチルアセトン、シクロヘキサノン、2−ヘプタノン、ジアセトンアルコール、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、エチレングリコールエチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノイソプロピルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、3−メトキシプロパノール、メトキシメトキシエタノール、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、3−メトキシプロピルアセテート、N,N−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、γ−ブチロラクトン、酢酸エチル、酢酸ブチル、乳酸メチル、乳酸エチル、3−エトキシプロピオン酸メチル、3−エトキシプロピオン酸エチル、エチルセロソルブアセテート、3−メトキシプロピオン酸メチル、エチルカルビトールアセテート、ブチルカルビトールアセテートなどが挙げられる。
これらの有機溶剤は、2種以上を混合することも好ましい。この場合、特に好ましくは、上記の3−エトキシプロピオン酸メチル、3−エトキシプロピオン酸エチル、エチルセロソルブアセテート、乳酸エチル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、酢酸ブチル、3−メトキシプロピオン酸メチル、2−ヘプタノン、シクロヘキサノン、エチルカルビトールアセテート、ブチルカルビトールアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテル、及びプロピレングリコールメチルエーテルアセテートから選択される2種以上で構成される混合溶液である。
溶剤に対する固形分の濃度は、2〜60質量%であることが好ましい。
本発明の遮光膜用着色組成物には、塗布性をより向上させる観点から、各種の界面活性剤を添加してもよい。界面活性剤としては、フッ素系界面活性剤、ノニオン系界面活性剤、カチオン系界面活性剤、アニオン系界面活性剤、シリコーン系界面活性剤などの各種界面活性剤を使用できる。
即ち、フッ素系界面活性剤を含有する遮光膜用着色組成物を適用した塗布液を用いて膜形成する場合においては、被塗布面と塗布液との界面張力を低下させることにより、被塗布面への濡れ性が改善され、被塗布面への塗布性が向上する。このため、少量の液量で数μm程度の薄膜を形成した場合であっても、厚みムラの小さい均一厚の膜形成をより好適に行なえる点で有効である。
界面活性剤は、1種のみを用いてもよいし、2種類以上を組み合わせてもよい。
遮光膜用着色組成物は、増感剤、共増感剤、熱重合防止剤、支持体などの硬質表面との密着性を向上させる密着向上剤(シラン系カップリング剤、チタンカップリング剤等)、並びに硬化皮膜の物性を改良するための無機充填剤や可塑剤、感脂化剤等の公知の添加剤などの成分を含有してもよい。また、必要に応じて、連鎖移動剤、露光、現像後の後加熱で膜の硬化度を上げるためのアゾ系化合物や過酸化物系化合物などの熱重合開始剤、熱重合成分、アルコキシベンゾフェノン等の紫外線吸収剤、ジオクチルフタレートなどの可塑剤、低分子量有機カルボン酸などの現像性向上剤、その他充填剤、上記のアルカリ可溶性樹脂以外の高分子化合物、酸化防止剤、凝集防止剤などの各種添加物、並びに、膜の強度、感度を高める目的で多官能チオールやエポキシ化合物を含有することができる。
また、前記共増感剤は、前記光重合開始剤や前記増感剤の活性放射線に対する感度を一層向上させる、あるいは酸素による光重合性化合物の重合阻害を抑制する等の作用を有する。共増感剤の例としては、アミン類(トリエタノールアミン、p−ジメチルアミノ安息香酸エチルエステル、p−ホルミルジメチルアニリン、p−メチルチオジメチルアニリン等)、チオール及びスルフィド類(2−メルカプトベンゾチアゾール、2−メルカプトベンゾオキサゾール、2−メルカプトベンゾイミダゾール、2−メルカプト−4(3H)−キナゾリン、β−メルカプトナフタレン等)、アミノ酸化合物(例:N−フェニルグリシン等)、有機金属化合物(例:トリブチル錫アセテート等)、水素供与体、イオウ化合物(例:トリチアン等)等が挙げられる。
また、前記熱重合防止剤を添加することにより、組成物の製造中あるいは保存中に光重合性化合物の不要な熱重合を阻止することができる。熱重合防止剤としては、ハイドロキノン、p−メトキシフェノール、ジ−t−ブチル−p−クレゾール、ピロガロール、t−ブチルカテコール、ベンゾキノン、4,4’−チオビス(3−メチル−6−t−ブチルフェノール)、2,2’−メチレンビス(4−メチル−6−t−ブチルフェノール)、N−ニトロソフェニルヒドロキシアミン第一セリウム塩等が挙げられる。また、必要に応じて、酸素による重合阻害を防止するために、ベヘン酸やベヘン酸アミド等の高級脂肪酸誘導体等を添加して、塗布後の乾燥の過程で塗布膜の表面に偏在させてもよい。
本発明の遮光膜(遮光パターンを含む)は、チタン原子を有する黒色チタン顔料から選ばれる少なくとも一種と、赤色有機顔料、黄色有機顔料、紫色有機顔料、及び橙色有機顔料の群から選ばれる有機顔料の少なくとも1種とを含み、波長650nmの光の透過率が0.2%であるときに、波長400〜700nmの光の透過率の最大値を1.5%以下とし、その最大透過率を示す波長を400〜550nmに有しており、波長400nmにおける光の透過率を0.35%以上として構成されたものである。
−着色膜形成工程−
着色膜形成工程では、支持体上に、本発明の遮光膜用着色組成物を付与して着色膜を形成する。遮光膜用着色組成物の付与は、遮光膜用着色組成物を所望の支持体上に塗布やインクジェット法による吐出等を行なって形成することが可能である。
露光工程では、前記塗布膜形成工程で形成された着色膜を、例えばマスクを介して、パターン状に露光して硬化させる(マスクを介して露光する場合には、光照射された塗布膜部分だけを硬化させる)。
また、ステッパー露光に用いる露光装置としては、例えば、i線ステッパー(商品名:FPA−3000i5+、キャノン(株)製)等を用いることができる。
前記露光工程に引き続いて、露光後の着色膜を例えばアルカリ現像処理により現像して遮光パターンを形成する。パターン形成工程では、露光工程における着色膜の非照射部分をアルカリ水溶液等に溶出させることにより、光照射部分だけが残る。
本発明の第1の態様に係る固体撮像素子は、既述の本発明のカラーフィルタを設けて構成されたものである。本発明の固体撮像素子は、遮光能に優れ、剥がれが少ない本発明のカラーフィルタを備えるため、ノイズが低減され、色再現性に優れる。
第2の態様の固体撮像素子は、遮光膜用着色組成物を用いて形成された遮光パターンを有する透光性部材を備えるため、遮光能に優れ、光量を絞ったり光路の調節が良好に行なえ、剥がれが少なく、色再現性に優れる。
前記光学部材は、例えば、入射した光を受光エリアに集光するための例えばマイクロレンズ等であってもよい。
前記透光性部材は、カラーフィルタと受光素子等の受光領域とを備えた半導体基板上の受光面側に配置される光学部材であり、例えば、ウエハ上に該ウエハ側から順にフォトダイオード(受光素子)、カラーフィルタ、マイクロレンズを設けた構造上に配置されてもよい。この透光性部材は、入射する光を透過する光透過部(好ましくは、入射光を集光するレンズ部材等の集光手段)と、この光透過部を除く領域に形成され、チタン原子を有する黒色チタン顔料、並びに赤色有機顔料、黄色有機顔料、紫色有機顔料、及び橙色有機顔料の中から選ばれる有機顔料を含み、波長650nmの光の透過率が0.2%であるとき、波長400〜700nmの光の透過率の最大値が1.5%以下であり、その最大透過率を示す波長を400〜550nmに有しており、波長400nmにおける光の透過率が0.1%以上である遮光パターン(遮光部)とを備えた構成であってもよい。
図1に示すように、固体撮像装置9は、矩形状の固体撮像素子10と、固体撮像素子10の上方に保持され、この固体撮像素子10を封止する透明なカバーガラス11とを備えている。さらに、このカバーガラス11上には、スペーサー21を介してレンズ層53が重ねて設けられている。レンズ層53は、支持体51とレンズ材52とで構成されている。レンズ層53は、支持体51とレンズ材52とが一体成形された構成でもよい。支持体51として用いられる基板の種類としては、特に限定されず、液晶表示素子等に用いられるソーダガラス、ホウケイ酸ガラス、石英ガラス等が用いることができる。レンズ層51の周辺領域LSに迷光が入射すると光の拡散によりレンズ材52での集光の効果が弱くなり、撮像部10aに届く光が低減する。また、迷光によるノイズの発生も生じる。そのため、このレンズ層51の周辺領域LSは、黒色チタン顔料を含む遮光膜54が設けられて遮光されている。
第3の態様の固体撮像素子においては、その透光性部材に形成された遮光パターンが遮光能に優れており、ウエハ上に直接ウエハレベルで形成された遮光パターンの剥がれが抑制される。
<分散剤の合成>
500mL三口フラスコに、ε−カプロラクトン600.0g、2−エチル−1−ヘキサノール22.8gを導入し、窒素を吹き込みながら、攪拌溶解した。モノブチル錫オキシド0.1gを加え、100℃に加熱した。8時間後、ガスクロマトグラフィーにて原料が消失したのを確認後、80℃まで冷却した。2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノール0.1gを添加した後、2−メタクリロイロキシエチルイソシアネート27.2gを添加した。5時間後、1H−NMRにて原料が消失したのを確認後、室温まで冷却し、固体状の前駆体M1〔下記構造〕を200g得た。M1であることは、1H−NMR、IR、質量分析により確認した。
分散剤1の組成比は、x=35質量%、y=65質量%であり、分散剤1の酸価、重量平均分子量(Mw)は、80mgKOH/g、31000であった。
なお、重量平均分子量は、ゲル透過クロマトグラフ(GPC)により測定し、ポリスチレン換算で算出した値である。GPCは、HLC-8020GPC(東ソー(株)製)を用い、カラムをTSKgel SuperHZM-H、TSKgel SuperHZ4000、TSKgel SuperHZ200(東ソー社製)として測定した。
下記組成の諸成分を混合し、ホモジナイザーを用いて回転数3000rpmの条件にて3時間攪拌し、混合溶液とした。このときのチタンブラック及び赤色有機顔料の含有割合を下記表1に示す。
<組成>
・チタンブラック ・・・25部
(13M−T,三菱マテリアル(株)製;黒色チタン顔料)
・赤色有機顔料(IrgazinDPP Red BTR、チバ・スペシャルティ・ケミカルズ(株)製;ジケトピロロピロール系顔料) ・・・8.4部
・前記分散剤1 ・・・11.3部
・プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート・・・55.3部
<分散条件>
・ビーズ径:φ0.05mm
・ビーズ充填率:75体積%
・ミル周速:12m/sec
・分散処理する混合液量:680g
・循環流量(ポンプ供給量):13kg/hour
・処理液温度:25〜30℃
・冷却水:水道水
・ビーズミル環状通路内容積:0.15L
<組成>
・前記分散剤1 ・・・30部
・プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート・・・70部
下記組成を混合し、感光性樹脂組成物(遮光膜用着色組成物)を調製した。
<感光性樹脂組成物の組成>
・前記顔料分散液 ・・・50部
・ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート(下記T−1)・・・ 8部
・オキシム系光重合開始剤(下記K−1) ・・・ 5部
・樹脂(下記J−1;重量平均分子量Mwは以下に示す。) ・・・10部
・プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート ・・・27部
6インチのシリコンウエハ及びガラス基板(Cornig 1737)を用意し、このシリコンウエハ上、又はガラス基板上に、それぞれ上記で得た遮光膜用着色組成物をスピンコート法で塗布し、ホットプレート上で120℃にて2分間加熱することにより着色膜を形成した。次いで、この着色膜に対して、プロキシミティ方式の露光機を用い、100μm格子模様のフォトマスクを介して露光量400mJ/cm2(照度50mW/cm2)にて露光を行なった。露光後の着色膜を、23℃のテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド0.3%水溶液にて覆い、60秒間静止した。静止後、純水を回転式のノズルにてシャワー上に散布してテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド0.3%水溶液を洗い流し、さらに純水にて水洗し、サイズ100μm格子の遮光パターンを得た。
シリコンウエハ又はガラス基板上に形成した遮光パターンについて、下記評価を行なった。評価結果は下記の表1に示す。
(2.1)遮光パターンの形状及び剥がれ
SEM(S−4800H、(株)日立ハイテクノロジーズ製)を用い、ガラス基板、シリコンウエハの上に形成した遮光パターンを膜面に垂直な平面で切断した切断面を2万倍で観察し、切断面の形状と剥がれの有無を下記の評価基準にしたがって評価した。なお、切断面の形状が逆テーパー、順テーパーであるものは、遮光パターンの遮光性が不均一であり、表示画像のコントラストを損ない、デバイスの性能を悪化させる。
<評価基準>
A:剥がれがなく、切断面は矩形であった。
B:僅かに剥がれがみられ、切断面はやや順テーパー状であったが、実用上支障のない範囲であった。
C:所々に剥がれがみられ、切断面は逆テーパー状であった。
D:剥がれはなかったが、切断面は顕著な逆テーパー状であった。
E:全面に亘って剥がれがみられ、切断面も逆テーパー状であった。
上記で得られた遮光膜用着色組成物を用い、露光においてフォトマスクを介さず全面露光した以外は、前記カラーフィルタの作製おける場合と同様の条件でガラス基板(Cornig 1737)上に形成された遮光膜の波長650nmの光の透過率が0.2%になるように膜厚を調整し、遮光膜を形成した。形成された遮光膜の波長400〜700nmにおける最大透過率(%)及びその最大透過率を示す波長(nm)を、U−4100〔(株)日立ハイテクノロジーズ製〕を用いて測定した。
図1に示すように、シリコンウエハ上の撮像部10aの周縁領域S、及び/又は、ガラス基板上のレンズ層53の周縁領域LSに、遮光パターンを形成し、固体撮像素子を駆動してノイズによる影響の有無を下記の評価基準にしたがって評価した。
<評価基準>
A:ノイズが低く抑えられ、デバイスへの影響はみられなかった。
B:ノイズの影響が僅かにみられたが、実用上支障のない範囲であった。
C:ノイズの低減効果が小さく、デバイス動作に影響が及んだ。
実施例1において、顔料分散液の調製に用いた赤色有機顔料の種類や比率などを下記表1に示すように変更したこと以外は、実施例1と同様にして、カラーフィルタを作製し、評価を行なった。評価結果は下記の表1に示す。
これに対して、比較例では、断面形状がテーパー状に傾斜ができてしまい、剥離も防止できなかった。そのため、作製された固体撮像素子は、ノイズの程度が小さく抑えられなかった。
21・・・受光素子
22・・・カラーフィルタ
23・・・マイクロレンズ
53・・・レンズ層
54,55・・・遮光パターン
Claims (17)
- チタン原子を有する黒色チタン顔料から選ばれる少なくとも一種と、赤色有機顔料、黄色有機顔料、紫色有機顔料、及び橙色有機顔料の群から選ばれる有機顔料の少なくとも1種とを含み、かつ、黒色チタン顔料、赤色有機顔料、黄色有機顔料、紫色有機顔料、及び橙色有機顔料以外の色素を含まず、
前記有機顔料の少なくとも一種は、ジケトピロロピロール系顔料、ペリレン系顔料、ベンズイミダゾロン系顔料、ペリノン系顔料、ナフトールAS系顔料、ピラゾロン系顔料、又はイソインドリノン系顔料であり、
波長650nmの光の透過率が0.2%となるように成膜したときに、波長400〜700nmの光の透過率の最大値が1.5%以下であり、その最大透過率を示す波長を400〜550nmに有しており、波長400nmにおける光の透過率が0.1%以上である遮光膜用着色組成物。 - 前記波長400〜700nmの光の透過率の最大値が0.52%以上1.5%以下であることを特徴とする請求項1に記載の遮光膜用着色組成物。
- チタン原子を有する黒色チタン顔料から選ばれる少なくとも一種と、赤色有機顔料、黄色有機顔料、紫色有機顔料、及び橙色有機顔料の群から選ばれる有機顔料の少なくとも1種と、を含み、
前記有機顔料の少なくとも一種は、ジケトピロロピロール系顔料、ペリレン系顔料、ベンズイミダゾロン系顔料、ペリノン系顔料、ナフトールAS系顔料、ピラゾロン系顔料、又はイソインドリノン系顔料であり、
波長650nmの光の透過率が0.2%となるように成膜したときに、波長400〜700nmの光の透過率の最大値が1.5%以下であり、その最大透過率を示す波長を400〜550nmに有しており、波長400nmにおける光の透過率が0.1%以上である遮光膜用着色組成物。 - 前記波長400nmにおける光の透過率が0.35%以上である請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の遮光膜用着色組成物。
- 前記黒色チタン顔料の含有量が、全固形分質量に対して20質量%以上であることを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の遮光膜用着色組成物。
- 前記黒色チタン顔料の含有量が、全顔料に対して35質量%以上であることを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の遮光膜用着色組成物。
- 前記有機顔料が、C.I.Pigment Red179、224、254、C.I.Pigment Violet29、C.I.Pigment Yellow139、C.I.Pigment Orange34、36、38、43、62、64及び71からなる群より選ばれた少なくとも1種である請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載の遮光膜用着色組成物。
- 更に、分散剤としてグラフト共重合体を含む請求項1〜請求項7のいずれか1項に記載の遮光膜用着色組成物。
- 前記グラフト共重合体が、下記式(1)〜式(5)のいずれかで表される構造単位をグラフト部位として有する請求項8に記載の遮光膜用着色組成物。
式(1)、式(2)、式(3)、式(4)及び式(5)において、X1、X2、X3、X4、X5、及び、X6は、それぞれ独立に、水素原子又は1価の有機基を表し、Y1、Y2、Y3、Y4、及び、Y5はそれぞれ独立に2価の連結基を表し、Z1、Z2、Z3、Z4、及びZ5は、それぞれ独立に、1価の有機基を表し、Rは、1価の有機基を表し、n、m、p、q、及び、rは、それぞれ、1から500の整数を表す。 - 更に、樹脂、重合性化合物、及び光重合開始剤を含み、光硬化性を有することを特徴とする請求項1〜請求項9のいずれか1項に記載の遮光膜用着色組成物。
- 前記光重合開始剤が、オキシム系化合物である請求項10に記載の遮光膜用着色組成物。
- 前記オキシム系化合物が、下記K−1で表される化合物である請求項11に記載の遮光膜用着色組成物。
- 固体撮像素子用カラーフィルタの作製に用いられることを特徴とする請求項10〜請求項12のいずれか1項に記載の遮光膜用着色組成物。
- 請求項10〜請求項13のいずれか1項に記載の遮光膜用着色組成物を支持体上に付与して着色膜を形成する工程と、
前記着色膜をパターン状に露光する工程と、
露光後の前記着色膜を現像して遮光パターンを形成する工程と、
を有する遮光パターンの形成方法。 - チタン原子を有する黒色チタン顔料から選ばれる少なくとも一種と、赤色有機顔料、黄色有機顔料、紫色有機顔料、及び橙色有機顔料の群から選ばれる有機顔料の少なくとも1種とを含み、前記有機顔料の少なくとも一種は、ジケトピロロピロール系顔料、ペリレン系顔料、ベンズイミダゾロン系顔料、ペリノン系顔料、ナフトールAS系顔料、ピラゾロン系顔料、又はイソインドリノン系顔料であり、波長650nmの光の透過率が0.2%であるときに、波長400〜700nmの光の透過率の最大値が1.5%以下であり、その最大透過率を示す波長を400〜550nmに有しており、波長400nmにおける光の透過率が0.1%以上である遮光膜。
- 前記波長400nmにおける光の透過率が0.35%以上である請求項15に記載の遮光膜。
- 請求項15又は請求項16に記載の遮光膜を備えた固体撮像素子。
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