JP6512777B2 - カラーフィルタアレイの形成方法、撮像装置の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、二流体洗浄法を用いたカラーフィルタアレイの形成方法に関する。
撮像装置や表示装置などの光学装置に用いられるカラーフィルタアレイは、感光性のカラーフィルタ膜を所望のパターンに露光し、これを現像、洗浄することにより形成される。
感光性のカラーフィルタ材料は現像工程において残渣が生じやすい。特に、着色のための顔料粒子を含む場合には、感光性樹脂と混合した際に凝集してゲル状となりやすい。そのため、カラーフィルタ膜の現像工程では、強力な洗浄方法である二流体洗浄法を用いることが有効である。
二流体洗浄法は、露光されたカラーフィルタ膜の上に現像液を吐出して現像反応処理を行ってカラーフィルタアレイを形成した後に、現像液や残渣を除去するために行われる。二流体洗浄法では、窒素やドライエアー等の気体と水などの液体を合わせた流体を、洗浄装置のノズルの先端よりスプレー状に噴出させながら洗浄処理を行う。二流体洗浄法によれば、加速されて噴出された液滴による物理的な圧力によって現像時の残渣を除去することができる。
二流体洗浄法を用いた洗浄工程では、カラーフィルタアレイをその配列面内方向で回転させ、さらに、流体を噴出させるノズルをカラーフィルタアレイの上で移動させながら行われる。
特許文献１には、感光性着色顔料レジストが塗布された基板を回転させると共に、ノズルを水平往復移動させ、同時にノズルから基板へ純水と気体とを噴霧状に吹き付けることが開示されている。
二流体洗浄法を用いてカラーフィルタアレイを形成して、高感度の撮像装置を作製したところ、例えば図７（ａ）に示されるように、撮影画像ＩＭＧに周期的なムラが生じることが分かった。この周期的なムラの周期Ｐは撮像装置の撮像領域における１〜１０ｍｍの範囲に相当するものであり、画素のサイズが１〜１０μｍであることを考えると、画素の構造に起因したムラではないと考えられる。
本発明者が詳細に検討したところ、撮像装置で得られた画像に生じるムラのパターンは、撮像装置を成すチップが切り出されるウエハ１００内での位置によって異なることが分かった。さらに、図７（ｂ）に示すように、各チップＩＳＣから得られた画像をウエハ１００上におけるチップＩＳＣの位置に対応してつなぎ合わせると、ウエハ１００の中心のチップＩＳＣから略同心円状にムラが生じることも分かった。
本発明は、上述した周期的なムラを低減することを目的とする。
上記課題を解決するための手段は、感光性のカラーフィルタ膜を露光する工程と、現像液を用いて前記カラーフィルタ膜を現像することにより前記カラーフィルタ膜からカラーフィルタアレイを形成する工程と、前記カラーフィルタアレイを回転させ、かつ、液体および気体を含む流体を噴霧するノズルを前記カラーフィルタアレイの上で前記回転の軸と交差する方向に移動させながら、前記流体で前記カラーフィルタアレイを洗浄する工程と、を有するカラーフィルタアレイの形成方法に関する。上記カラーフィルタアレイの形成方法において、第１の観点では、前記洗浄する工程では、前記気体の流量を５５（Ｌ／ｍｉｎ）以下とすることを特徴とする。また、第２の観点では、前記洗浄する工程では、前記カラーフィルタアレイの回転数をｎ（ｒｐｍ）、前記ノズルの移動速度をｖ（ｍｍ／ｓ）として、ｎ／ｖ＞３５を満たすことを特徴とする。また、第３の観点では、前記洗浄する工程では、前記ノズルの第１の移動によって前記ノズルを前記カラーフィルタアレイに対して渦巻状に通過させた後、前記ノズルの第２の移動によって、前記カラーフィルタアレイの上で前記第１の移動によって通過した部分の間の部分を渦巻状に通過させることを特徴とする。
また上記課題を解決するための手段は、各々が同色を呈するカラーフィルタを有する複数の画素を備える撮像装置であって、前記複数の画素の各々の前記カラーフィルタの厚さの平均値が０．７５μｍ未満であり、前記複数の画素の各々の前記カラーフィルタの厚さが、前記複数の画素の間隔の１０倍以上の間隔で周期的に変化しており、前記変化の振幅が前記平均値の２．０％以下であることを特徴とする。
本発明によれば、カラーフィルタアレイに起因する周期的なムラを低減することができる。
以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態を説明する。なお、以下の説明および図面において、複数の図面に渡って共通の構成については共通の符号を付している。そのため、複数の図面を相互に参照して共通する構成を説明し、共通の符号を付した構成については適宜説明を省略する。
図１（ａ）、（ｂ）は撮像装置ＩＳの一例としてＣＭＯＳイメージセンサの断面構造の第１例、第２例をそれぞれ示している。撮像装置ＩＳは複数の画素で構成される。各画素は、第１色のカラーフィルタ６１、第２色のカラーフィルタ（不図示）あるいは第３色のカラーフィルタ６３を備える。各画素はさらに、シリコンなどの半導体からなる基板１に設けられた光電変換部であるフォトダイオード１０とマイクロレンズ８１とを備える。図１（ｃ）に示すように、第１色のカラーフィルタ６１と第２色のカラーフィルタ６２と第３色のカラーフィルタ６３がベイヤー配列されてカラーフィルタアレイ６を構成している。各カラーフィルタ６１、６２、６３の厚さは、例えば０．５０〜１．０μｍである。厚さが０．７５μｍ未満であるカラーフィルタを比較的薄いカラーフィルタとみなすことができ、厚さが０．７５μｍ以上であるカラーフィルタを比較的厚いカラーフィルタとみなすことができる。なお、第１色のカラーフィルタ６１と第２色のカラーフィルタ６２と第３色のカラーフィルタ６３はそれぞれ厚さが異なっていてもよい。例えば、緑色光フィルタおよび青色光フィルタの少なくとも一方は赤色光フィルタよりも薄くてもよい。これにより、フォトダイオード１０での感度が低い青色光や、人の目が敏感な緑色光に対する感度を高めることができる。カラーフィルタアレイ６の上には、複数のマイクロレンズ８１が行列状に配列されてマイクロレンズアレイ８を構成している。
また、カラーフィルタ６１、６２、６３は光の損失の原因となり得るため、その厚さを極力小さくすることが好ましい。具体的には、カラーフィルタ６１、６２、６３の各々の厚さを、画素のサイズの０．１倍以上０．３倍以下とするとよい。厚さが画素のサイズの０．２０倍未満であるカラーフィルタを比較的薄いカラーフィルタとみなすことができ、厚さが画素のサイズの０．２０倍以上であるカラーフィルタを比較的厚いカラーフィルタとみなすことができる。なお、画素サイズは画素ピッチと一致すると考えてよく、互いに隣接する画素におけるマイクロレンズ８１の頂点間の距離を画素サイズとみなしてよい。
カラーフィルタアレイ６と基板１との間には複数の配線層２１、２２、２３で構成された配線構造２が設けられている。各配線層２１、２２、２３は銅層および／またはアルミニウム層である。配線層間には層間絶縁層を構成する絶縁膜３が設けられている。絶縁膜３は複数の層間絶縁層からなる多層膜で有り得る。最上配線層である配線層２３とカラーフィルタアレイ６との間にはパッシベーション膜４が設けられている。パッシベーション膜４は反射防止層を含む多層膜で有り得る。
図１（ａ）に示した第１例ではパッシベーション膜４は、その上面に、配線構造２の内で最もパッシベーション膜４に近い配線層２３の形状が反映されるように、凹凸が形成されている。そして、パッシベーション膜４とカラーフィルタアレイ６との間に平坦化膜５が配されている。平坦化膜５は下地の配線層２３によって生じる凹凸を緩和するために設けられている。平坦化膜５はアクリル系樹脂等から成り、スピンコートなどの塗布法によりその上面が平坦に形成されている。平坦化膜５の厚さは大凡０．１０〜１．０μｍ、たとえば０．５０μｍである。
第１例では、カラーフィルタアレイ６とマイクロレンズアレイ８の間に平坦化膜７が設けられている。平坦化膜７は第１例の平坦化膜５と同様に、下地のカラーフィルタアレイ６によって生じる凹凸を緩和するために設けられている。平坦化膜７はアクリル系樹脂等からなり、塗布法により形成されることで、その上面が平坦なっている。平坦化膜７の厚さは大凡０．１０〜１．０μｍ、たとえば０．５０μｍである。
図１（ｂ）に示した第２例では、配線構造２の内で最もパッシベーション膜４に近い配線層２３とパッシベーション膜４の間に平坦化膜５が配されている。平坦化膜５の上面はＣＭＰ法などにより平坦化されている。第２例のようにパッシベーション膜４が平坦な場合には、非常に高い感度を得ることができる。また、第２例では、マイクロレンズアレイ８を成す層がカラーフィルタアレイ６に接している。
撮像装置ＩＳは基板１とカラーフィルタアレイ６等を含むチップを収容するパッケージをさらに備えることもできる。パッケージは、チップが固定された基体と、チップに対向する蓋体と、外部との信号をやり取りするための接続部材と、を含みうる。
撮像装置ＩＳを用いて、撮像システムを構築することができる。撮像システムは、カメラや撮影機能を有する情報端末である。撮像システムは撮像装置ＩＳから得られた信号を処理する信号処理手段や、撮像装置ＩＳで撮影された画像を表示する表示手段、を備えることができる。
図２はカラーフィルタアレイ６の形成方法を説明する断面模式図である。
図２（ａ）に示す工程ａでは、下地膜としての平坦化膜５あるいはパッシベーション膜４を有するウエハの上に、感光性のカラーフィルタ膜６１０を形成する。カラーフィルタ膜６１０は、樹脂に着色用の顔料を分散したカラーフィルタ材料をスピンコート等の塗布法により成膜する。染料系のカラーフィルタ材料を用いてもよい。カラーフィルタ膜６１０の感光性はネガ型が好適であるが、ポジ型でもよい。
図２（ｂ）に示す工程ｂでは、フォトマスク６１６を用いてカラーフィルタ膜６１０をステッパー等の露光装置で適当なパターンに露光する。ネガ型のカラーフィルタ膜６１０では露光部が硬化して潜像６１５が形成される。ベイヤー配列を有するカラーフィルタアレイにおいて、典型的に、１番目に形成されるカラーフィルタ膜６１０の露光パターンは例えば市松模様であり、カラーフィルタ膜６１０は緑色光フィルタ膜で有り得る。
図２（ｃ）に示す工程ｃでは、現像液を用いてカラーフィルタ膜６１０を現像することによりカラーフィルタ膜６１０から、複数のカラーフィルタパターン６１４で構成されたカラーフィルタアレイ６１２を形成する。例えばテトラメチルアンモニウムヒドロキシド（ＴＭＡＨ）を含有する現像液により２０〜８０秒間、現像処理を行うことでカラーフィルタ膜６１０の不要個所を除去する。この時、顔料を含有するカラーフィルタ膜６１０では残渣６１３が生じ易い。
図２（ｄ）に示す工程ｄでは、流体１２０を用いた２流体洗浄法によってカラーフィルタアレイ６１２を洗浄する。この洗浄により、現像工程で用いた現像液が除去され、また、現像時に発生した残渣６１３が除去され、所望の膜厚を有するカラーフィルタ６１からなるカラーフィルタアレイ６１１が得られる。なお、カラーフィルタ６１はカラーフィルタパターン６１４よりも厚さが小さくなり得る。図２（ｄ）には図２（ｃ）におけるカラーフィルタパターン６１４の厚さに相当する位置を点線で示している。 その後、カラーフィルタアレイ６１１と同様にして、第２色のカラーフィルタからなるカラーフィルタアレイを形成する。２番目に形成されるカラーフィルタ６２は青色光フィルタで有り得る。青色光フィルタは撮像装置ＩＳの周辺回路が設けられた周辺回路領域において遮光膜として用いられ得る。
図２（ｅ）に示す工程ｅでは、カラーフィルタアレイ６１１の上に感光性のカラーフィルタ膜６３０を形成する。カラーフィルタ膜６３０は、カラーフィルタ膜６１０とは異なる色を呈する。ベイヤー配列を有するカラーフィルタアレイ６において、３番目に形成されるカラーフィルタ膜６３０は赤色光フィルタ膜で有り得る。
図２（ｆ）に示す工程ｆでは、フォトマスク６３６を用いてカラーフィルタ膜６３０を適当なパターンに露光し、カラーフィルタ膜６３０に潜像６３５を形成する。
図２（ｇ）に示す工程ｇでは、現像液を用いてカラーフィルタ膜６３０を現像することによりカラーフィルタ膜６３０からカラーフィルタパターン６３４を有するカラーフィルタアレイ６３２を形成する。この時、顔料を含有するカラーフィルタ膜６３０では残渣６３３が生じ易い。
図２（ｈ）に示す工程ｈでは、流体１２０を用いた２流体洗浄法によってカラーフィルタアレイ６３２を洗浄する。この洗浄により、現像工程で用いた現像液が除去され、また、現像時に発生した残渣６３３が除去される。そして所望の厚さを有するカラーフィルタ６１からなるカラーフィルタアレイ６３１が形成される。なお、カラーフィルタ６３はカラーフィルタパターン６３４よりも厚さが小さくなり得る。図２（ｈ）には図２（ｇ）におけるカラーフィルタパターン６３４の厚さに相当する位置を点線で示している。
以上のようにして、３色のカラーフィルタ６１、６２、６３を有するカラーフィルタアレイ６を形成する。さらにマイクロレンズアレイ８を形成して、撮像装置ＩＳを製造することができる。
図３を用いて洗浄工程について詳細に説明する。図３（ａ）におけるウエハ１００には、図２（ｃ）に示したカラーフィルタアレイ６１２が形成されている。ウエハ１００上には、場合によっては上述したカラーフィルタ膜６１０の残渣６１３（不図示）が存在している。
洗浄工程では、２流体洗浄法を用いる。２流体洗浄法では、図３（ａ）に示すように、洗浄装置（不図示）のノズル１１０から流体１２０がウエハ１００に噴霧、つまり、スプレー状に噴出される。ノズル１１０の噴出口の径は、例えば５〜１０ｍｍである。流体１２０は、洗浄液としての液体と、洗浄促進のための気体を含む混合物（２流体）である。本実施例では液体には水を、気体には窒素を用いているが、他の流体を用いてもよい。例えば、窒素の代替としてドライエアーを用いてもよい。流体１２０における気体の流量は１０Ｌ／ｍｉｎ以上１００Ｌ／ｍｉｎ以下であり得る。流体１２０における液体の流量は０．０１Ｌ／ｍｉｎ以上１Ｌ／ｍｉｎ以下であり得る。流体１２０における液体の流量は気体の流量の１／１０以下であり得る。
洗浄時には、図３（ｂ）に示すように、カラーフィルタアレイ６１２をカラーフィルタパターン６１４の配列面内で回転させる。具体的にはカラーフィルタアレイ６が形成されたウエハ１００を洗浄装置のステージの上に戴置し、ステージを回転させる。この時のカラーフィルタアレイ６１２の回転数ｎ（ｒｐｍ）は、例えば２００ｒｐｍ以上４０００ｒｍｐ以下とすることが好ましいが、この範囲外でも実施可能である。
また、洗浄時には、図３（ｂ）に示すように、ノズル１１０をカラーフィルタアレイ６１２の上で移動させる。ノズル１１０とカラーフィルタアレイ６１２との距離は１ｍｍ以上２０ｍｍ以下、より好ましくは１ｍｍ以上１０ｍｍ以下にすることができる。この移動方向は、カラーフィルタ６１の配列面に沿った方向であり、カラーフィルタアレイ６１２の回転軸と交差する方向である。この時のノズルの移動速度ｖ（ｍｍ／ｓ）は１ｍｍ／ｓ以上１００ｍｍ／ｓ以下、より好ましくは１０ｍｍ／ｓ以上５０ｍｍ／ｓ以下とすることができる。カラーフィルタアレイ６１２の回転軸に直交する方向、つまり、カラーフィルタ６１の配列面に平行な方向にノズル１１０を移動させることが望ましいが、３０°以下であれば、傾いていて移動させることもできる。ノズル１１０をカラーフィルタアレイ６１２の回転中心の上を通過するように直線移動させることがより好ましい。
上述したようなカラーフィルタアレイ６１２の回転と、ノズル１１０の移動により、カラーフィルタ６１内でその上方をノズル１１０が通過した部分は、図３（ｃ）に示すように渦巻状になる。この渦巻の間隔Ｇ（ｍｍ）は計算上、６０×ｖ／ｎとなる。ｎ＝７００、ｖ＝４０とすればｐ≒３．４（ｍｍ）であり、チップに生じたムラの周期ｐのオーダーと一致する。したがって、図７（ａ）に示した、画像に生じたムラおよび図７（ｂ）に示したウエハ１００内のムラの分布は、このノズル１１０が通過した部分と通過しなかった部分との違いによって生じたムラであると云える。ムラが生じる原因を検討したところ、カラーフィルタアレイ６内の同色の複数のカラーフィルタ６１からなるカラーフィルタアレイ６１２において、カラーフィルタ６１にわずかな厚さの違いが生じていることが分かった。これは、カラーフィルタアレイ６１２の表面の高さ分布をＡＦＭで測定することで判明したものである。ただし、ＡＦＭの測定範囲はせいぜい１００μｍ×１００μｍである。したがって、直径が１００ｍｍを超えるウエハ１００内でのカラーフィルタアレイ６１２の表面高さの分布の測定に当たっては、ウエハ１００内の複数の箇所における高さをサンプリングする必要がある。
カラーフィルタアレイ６１２のカラーフィルタ６１の厚さの違いが生じる理由は、上述した２流体洗浄という、強力な洗浄方法に由来すると考えられる。すなわち、高圧で噴射される流体１２０によってカラーフィルタアレイ６１２の表面が削り取られることにより、カラーフィルタアレイ６１２の厚さが当初のカラーフィルタ膜６１０の厚さから減少する。そして、ノズル１１０がその上方を通過した部分と通過していない部分とで、カラーフィルタアレイ６１２の厚さの減少量が異なるため、カラーフィルタアレイ６１２に厚さが変動する。カラーフィルタ６１の厚さが小さいほど、カラーフィルタ６１の透過率が高くなる。その結果、カラーフィルタ６１の厚さが小さい画素では、カラーフィルタ６１の厚さが大きい画素に比べて、感度が高くなる。
撮像装置ＩＳでは高感度化や微細化を目的としてカラーフィルタを薄くすることが求められている。例えば、カラーフィルタの厚さを０．７５μｍ未満とすることや、カラーフィルタの厚さを画素サイズの０．２０倍未満とすることが好ましい。カラーフィルタの厚さが小さくなるほど、また画素サイズが小さくなるほど、カラーフィルタの厚さの変動に対する撮影時の特性変化の割合が大きくなる。そのため、薄いカラーフィルタでは渦巻状のムラの発生による画像への影響が顕著になる。僅か数ｎｍ〜数１０ｎｍ程度のカラーフィルタの厚みの違いが画像として表れるようになったのは、近年の撮像装置の高感度化に因るところがある。とりわけ、上述した第２例のように、パッシベーション膜４が平坦な場合には、感度が高くなり、ムラは顕著に確認されうる。そして、周期的なムラの原因となる間隔Ｇは画素サイズよりもはるかに大きいオーダーとなるため、画像で顕著に確認することができる。具体的には間隔Ｇは、少なくとも画素サイズの１０倍以上であるため、厚みＴの変動の周期もまた、画素サイズの１０倍以上となる。間隔Ｇは画素サイズの１００倍以上でありうるし、３００倍以上でもありうる。間隔Ｇは例えば１〜１０ｍｍであり、典型的には１〜５ｍｍである。間隔Ｇは完全に等間隔にはならず、±１ｍｍ程度の範囲でばらつき得る。画像におけるムラは、撮像装置の撮像領域（有効画素領域）の対角長が間隔Ｇよりも大きい場合に顕著に確認できる。撮像領域の対角線長が１０ｍｍを超える撮像装置、例えばＡＰＳ−Ｃサイズや３５ｍｍサイズのセンサでは、画像のムラはより顕著になり得る。
各カラーフィルタ６１の厚さをＴ、カラーフィルタ６１の厚さの平均値をＡとして、各カラーフィルタ６１の厚さの変動の大きさＭは、厚さＴの平均値Ａからの差分Ｄの変化の振幅、すなわち、Ｄ＝｜Ｔ−Ａ｜の最大値で表される。平均値Ａに対する変動の大きさＭの割合Ｒ＝１００×Ｍ／Ａ（％）が２．０％以下であれば、カラーフィルタアレイの厚さの変動が画像に与える影響を無視することができる。つまり、変動の大きさＭを平均値Ａの２．０％以下にすることが必要である。変動の大きさＭは例えば１ｎｍ以上２０ｎｍ以下とすることが好ましく、１０ｎｍ以下とすることがより好ましい。このように、ムラの低減を実現するための実施形態を以下に説明する。
＜第１実施形態＞
本実施形態は、カラーフィルタ６１の厚さＴの減少量を低減することで、厚さの変動の大きさＭを低減するものである。具体的には、流体１２０中の気体の流量Ｆを５５（Ｌ／ｍｉｎ）以下とする。図４（ｂ）に示すように、流体１２０中の気体の流量Ｆが５５（Ｌ／ｍｉｎ）以下では、流量Ｆが６０（Ｌ／ｍｉｎ）以上の場合に比べて、変動が小さくなっている。そして、図４（ｃ）に示すように、流量Ｆが５５（Ｌ／ｍｉｎ）以下では割合Ｒが２．０％以下となり、画像のムラも無視できるレベル（ムラ：○）になる。図４（ｃ）に示したデータは、ｎ＝７００（ｒｐｍ）、ｖ＝４０（ｍｍ／ｓ）、流体１２０の液体（水）の流量を０．１（Ｌ／ｍｉｎ）としている。図４（ｃ）に示すデータは、カラーフィルタ６１の厚さＴの平均値（Ａ）を０．６７μｍとした複数のサンプルについて、厚さの変動の大きさＭの測定結果の中央値を採用している。流体１２０中の液体の流量は、気体の流量に比べて１／１０以下と非常に小さいため、液体の流量を変化させても、厚さＴの変動の大きさＭはほとんど変化しない。
本実施形態は、カラーフィルタ６１の厚さＴの減少量を低減することで、厚さの変動の大きさＭを低減するものである。具体的には、流体１２０中の気体の流量Ｆを５５（Ｌ／ｍｉｎ）以下とする。図４（ｂ）に示すように、流体１２０中の気体の流量Ｆが５５（Ｌ／ｍｉｎ）以下では、流量Ｆが６０（Ｌ／ｍｉｎ）以上の場合に比べて、変動が小さくなっている。そして、図４（ｃ）に示すように、流量Ｆが５５（Ｌ／ｍｉｎ）以下では割合Ｒが２．０％以下となり、画像のムラも無視できるレベル（ムラ：○）になる。図４（ｃ）に示したデータは、ｎ＝７００（ｒｐｍ）、ｖ＝４０（ｍｍ／ｓ）、流体１２０の液体（水）の流量を０．１（Ｌ／ｍｉｎ）としている。図４（ｃ）に示すデータは、カラーフィルタ６１の厚さＴの平均値（Ａ）を０．６７μｍとした複数のサンプルについて、厚さの変動の大きさＭの測定結果の中央値を採用している。流体１２０中の液体の流量は、気体の流量に比べて１／１０以下と非常に小さいため、液体の流量を変化させても、厚さＴの変動の大きさＭはほとんど変化しない。
＜第２実施形態＞
本実施形態では、カラーフィルタアレイ６１２内のノズル１１０が通過する部分と通過しない部分の間隔Ｇを小さくすることで、厚さの変動の大きさＭを低減するものである。具体的には、カラーフィルタアレイ６１２の回転数ｎ（ｒｐｍ）とノズル１１０の移動速度ｖ（ｍｍ／ｓ）をｎ／ｖ≧３５を満たすように設定する。ｎ／ｖ≧３５であれば、間隔Ｇ＝６０×ｖ／ｎ≦１．７（ｍｍ）となる。ノズル１１０から噴霧される流体１２０の広がりを考慮すると、ノズル１１０が通過する部分の間隔Ｇを１．７（ｍｍ）以下にすれば、ノズル１１０が通過した部分と通過していない部分とで洗浄の程度に実質的な差が生じない。そのため、図５（ｂ）に示すように、膜厚Ｔの変動の周期と振幅の両方を低減することができる。特に、ノズル１１０の噴出口の径をＤ（ｍｍ）として、Ｄ＞６０×ｖ／ｎとすることが好ましい。Ｄが５〜１０（ｍｍ）である場合にこの関係を満たすと、ｎ／ｖ≧３５＞６０／Ｄ＞６となる。
本実施形態では、カラーフィルタアレイ６１２内のノズル１１０が通過する部分と通過しない部分の間隔Ｇを小さくすることで、厚さの変動の大きさＭを低減するものである。具体的には、カラーフィルタアレイ６１２の回転数ｎ（ｒｐｍ）とノズル１１０の移動速度ｖ（ｍｍ／ｓ）をｎ／ｖ≧３５を満たすように設定する。ｎ／ｖ≧３５であれば、間隔Ｇ＝６０×ｖ／ｎ≦１．７（ｍｍ）となる。ノズル１１０から噴霧される流体１２０の広がりを考慮すると、ノズル１１０が通過する部分の間隔Ｇを１．７（ｍｍ）以下にすれば、ノズル１１０が通過した部分と通過していない部分とで洗浄の程度に実質的な差が生じない。そのため、図５（ｂ）に示すように、膜厚Ｔの変動の周期と振幅の両方を低減することができる。特に、ノズル１１０の噴出口の径をＤ（ｍｍ）として、Ｄ＞６０×ｖ／ｎとすることが好ましい。Ｄが５〜１０（ｍｍ）である場合にこの関係を満たすと、ｎ／ｖ≧３５＞６０／Ｄ＞６となる。
そして、図５（ｃ）に示すように、ｎ／ｖ≧３５では割合Ｒが２．０％以下となり、画像のムラも無視できるレベル（ムラ：○）になる。図５（ｃ）に示したデータは、流体１２０の液体（水）の流量を０．１（Ｌ／ｍｉｎ）、気体（窒素）の流量を６０（Ｌ／ｍｉｎ）としている。図５（ｃ）に示すデータは、カラーフィルタ６１の厚さＴの平均値（Ａ）を０．７０μｍとした複数のサンプルについて、厚さの変動の大きさＭの測定結果の中央値を採用している。さらに、気体（窒素）の流量を第１実施形態に示したように５５（Ｌ／ｍｉｎ）以下とすれば、より厚さＴの変動が低減され、ムラも改善することができる。
＜第３実施形態＞
本実施形態では、まず、ノズル１１０の第１の移動Ｗ１によってノズル１１０をカラーフィルタアレイ６１２に対して渦巻状に通過させる。その後、ノズル１１０の第２の移動Ｗ２によって、カラーフィルタアレイ６１２に対して渦巻状に通過させる。この時、第２の移動Ｗ２で通過する部分は、第１の移動Ｗ１によって渦巻状に通過した部分の間の部分とする。このようにすることで、ノズル１１０が通過した部分と通過しなかった部分とでのカラーフィルタの厚さＴの違いを低減する。例えば、第１の移動Ｗ１と第２の移動Ｗ２とで、渦巻状の軌跡の周期に対し、位相が反転するようにノズル１１０を移動させることができる。具体的には、スプレーノズルを１度移動させたときに発生する渦巻状のムラの周期に対し、奇数／２倍だけ位相がずれるように移動させる。これを実現するためには、例えば図６（ｂ）に示したように、第１の移動Ｗ１の起点Ｓ１と第２の移動Ｗ２の起点Ｓ２とを、基板の中心を挟んで対称な位置にする。あるいは、第２の移動の起点Ｓ２を第１の移動の起点Ｓ１よりもＧ／２だけ中心軸にずらした位置にする。図６（ｂ）に示した軌跡を得るにはほかにも様々なノズル１１０の移動方法がある。
本実施形態では、まず、ノズル１１０の第１の移動Ｗ１によってノズル１１０をカラーフィルタアレイ６１２に対して渦巻状に通過させる。その後、ノズル１１０の第２の移動Ｗ２によって、カラーフィルタアレイ６１２に対して渦巻状に通過させる。この時、第２の移動Ｗ２で通過する部分は、第１の移動Ｗ１によって渦巻状に通過した部分の間の部分とする。このようにすることで、ノズル１１０が通過した部分と通過しなかった部分とでのカラーフィルタの厚さＴの違いを低減する。例えば、第１の移動Ｗ１と第２の移動Ｗ２とで、渦巻状の軌跡の周期に対し、位相が反転するようにノズル１１０を移動させることができる。具体的には、スプレーノズルを１度移動させたときに発生する渦巻状のムラの周期に対し、奇数／２倍だけ位相がずれるように移動させる。これを実現するためには、例えば図６（ｂ）に示したように、第１の移動Ｗ１の起点Ｓ１と第２の移動Ｗ２の起点Ｓ２とを、基板の中心を挟んで対称な位置にする。あるいは、第２の移動の起点Ｓ２を第１の移動の起点Ｓ１よりもＧ／２だけ中心軸にずらした位置にする。図６（ｂ）に示した軌跡を得るにはほかにも様々なノズル１１０の移動方法がある。
このような方法により、図６（ｃ）に示したように、第１の移動Ｗ１によって発生したムラと第２の移動Ｗ２によって発生したムラとが重ね合わせられる。そして、カラーフィルタの厚さＴの変動が打ち消し合い、画像のムラを低減することができる。
上述した実施形態は、本発明の思想を逸脱しない範囲において適宜変更や組み合わせが可能である。
以上の実施形態では、最初に形成される、例えば緑色光フィルタを含むカラーフィルタアレイ６１１の形成における洗浄工程について説明した。しかし、最後に形成される、例えば赤色光フィルタを含むカラーフィルタアレイ６３１の形成における洗浄工程にも適用できる。また、青色光フィルタを含むカラーフィルタアレイの形成における洗浄工程にも適用できる。最初に形成されるカラーフィルタアレイ６１１は平坦面に形成されるために、厚さＴの変動が顕著であるため、上述した条件で洗浄工程を行うことが好ましい。また、最後に形成されるカラーフィルタアレイ６３１は、他の色のカラーフィルタとの重なりを低減するために薄く形成することが好ましいため、上述した条件で洗浄工程を行うとよい。また、最後のカラーフィルタアレイを形成するまでに複数回の洗浄工程を経ることから、全てのカラーフィルタアレイの形成において、上述した条件で洗浄工程を行うことが好ましい。
以上説明したように、２流体洗浄法を用いると、同色のカラーフィルタ６１を有する複数の画素の各々のカラーフィルタの厚さＴが、複数の画素のサイズの１０倍以上の間隔で周期的に変動したカラーフィルタアレイが形成されうる。しかし、第１、第２、第３実施形態によれば、厚さＴの変動の振幅（変動の大きさＭ）が厚さＴの平均値Ａの２．０％以下であることで、厚さＴの変動の画像への影響を低減することができる。上述した実施形態では撮像装置における撮影画像に生じるムラについて説明したが、カラーフィルタアレイを備えた表示装置においては表示画像に生じるムラを低減することができる。
６１１ カラーフィルタアレイ（洗浄後）
６１３ カラーフィルタアレイ（洗浄前）
１１０ ノズル
１２０ 流体
６１３ カラーフィルタアレイ（洗浄前）
１１０ ノズル
１２０ 流体
Claims (10)
- 感光性のカラーフィルタ膜を露光する工程と、
現像液を用いて前記カラーフィルタ膜を現像することにより前記カラーフィルタ膜からカラーフィルタアレイを形成する工程と、
前記カラーフィルタアレイを回転させ、かつ、液体および気体を含む流体を噴霧するノズルを前記カラーフィルタアレイの上で前記回転の軸と交差する方向に移動させながら、前記流体で前記カラーフィルタアレイを洗浄する工程と、を有し、
前記洗浄する工程では、前記カラーフィルタアレイの回転数をｎ（ｒｐｍ）、前記ノズルの移動速度をｖ（ｍｍ／ｓ）、ノズルの噴出口の径をＤ（ｍｍ）として、ｎ／ｖ≧３５およびＤ＞６０×ｖ／ｎを満たすことを特徴とするカラーフィルタアレイの形成方法。 - 前記洗浄する工程では、前記気体の流量を５５（Ｌ／ｍｉｎ）以下と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アレイの形成方法。
- 前記洗浄する工程では、前記ノズルの第１の移動によって前記ノズルを前記カラーフィルタアレイに対して渦巻状に通過させた後、前記ノズルの第２の移動によって、前記カラーフィルタアレイの上で前記第１の移動によって通過した部分の間の部分を渦巻状に通過させることを特徴とする請求項１または２に記載のカラーフィルタアレイの形成方法。
- 前記カラーフィルタアレイは第１色を呈し、前記第１色を呈する前記カラーフィルタアレイを形成した後に、第２色を呈するカラーフィルタアレイを形成し、第２色を呈するカラーフィルタアレイを形成した後に第３色を呈するカラーフィルタアレイをさらに形成する、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のカラーフィルタアレイの形成方法。
- 複数の光電変換部を有する基板の上に、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のカラーフィルタアレイの形成方法を用いてカラーフィルタアレイを形成する工程を有する、撮像装置の製造方法。
- 前記カラーフィルタアレイを形成する工程において形成されるカラーフィルタアレイは、各々が同色を呈するカラーフィルタからなり、
前記撮像装置は前記各々が同色を呈するカラーフィルタを有する複数の画素を備え、
前記洗浄する工程の後において、前記複数の画素の各々の前記カラーフィルタの厚さの平均値が０．７５μｍ未満であり、
前記複数の画素の各々の前記カラーフィルタの厚さが、前記複数の画素の間隔の１０倍以上の間隔で周期的に変化しており、前記変化の振幅が前記平均値の２．０％以下であることを特徴とする請求項５に記載の撮像装置の製造方法。 - 前記カラーフィルタは緑色光フィルタまたは赤色光フィルタである、請求項６に記載の撮像装置の製造方法。
- 前記平均値が、前記複数の画素の各々のサイズの０．２０倍未満である、請求項６または７に記載の撮像装置の製造方法。
- 前記変化の振幅が１ｎｍ以上１０ｎｍ以下である、請求項６乃至８のいずれか１項に記載の撮像装置の製造方法。
- 前記感光性のカラーフィルタ膜を露光する工程の前に、前記基板の上に複数のアルミニウム層と、平坦化膜と、パッシベーション膜と、を形成する工程を有する、請求項６乃至９のいずれか１項に記載の撮像装置の製造方法。
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