JPH01142606A - 固体撮像素子用カラーフィルタの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は固体描像素子をカラー化するために用いられる
カラーフィルタの製造方法に関する。

〈従来の技術〉 固体ｔｉ像素子のカラー化は固体場像素子の受光面に、
各画素の受光部に対応させて多数のカラーフィルタを設
置して各画素に入射する光の波長と強度を規則的にコン
トロールし各画素から得られる電気信号を演算処理して
１度信号と色信号を得ることによって達成される。

使用されるカラーフィルタは赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（
Ｂ）の原色、シアン、マゼンタ、イエローの補色および
白（透明）から、通常３〜４種類が選ばれるがその分光
透過率と配置はビデオカメラの特性に大きく影響するの
で種々のカラー化方式が試みられている。

固体描像素子に用いられるカラーフィルタは、−船釣に
レリーフ染色法と呼ばれる、染色可能な樹脂で形成した
微細なレリーフパターンを染色して着色する工程を必要
な色数だけ繰り返す方法によって製造される。

この方法は染色可能な樹脂自体に感光性を持たせること
によって容易に微細パターンを形成でき、また着色には
染料を用いるので着色パターンは透明でシャープな分光
透過率曲線を示し、しかも染料は非常に多くの種類から
選択することができるので設計上の自由度も大きいとい
う、きわめて実用的な方法である。

〈発明が解決しようとする問題点〉 レリーフ染色法に用いれる染色可能な感光性樹脂として
は、従来から、ゼラチン、カゼイン、フィシュグルー等
の天然タンパクの水溶液を重クロム酸塩で感光化したも
のが用いられている。

これらの感光性樹脂は、紫外から可視に至る広い波長範
囲に感度を持っており、露光用の光源としては超高圧水
銀灯、高圧水銀灯、低圧水銀灯、キセノン水銀灯等が用
いられる。

以上述べたようなカラーフィルタの製造においては、露
光装置として従来コンタクトアライナ−が使用されてき
た。しかしこの方式は、マスクとワークの接触に起因す
る欠陥が極めて多く、製造歩留まりが上がらないという
問題があった。これに加え、固体撮像素子の高集積化が
進んでより高度なアライメント精度が要求されるように
なり、コンタクトアライナ−によるカラーフィルタの製
造はほとんど不可能な状況となった。

かくしてカラーフィルタの製造に用いられる露光装置と
しては、現在、半導体製造において最も広く用いられて
いる。ｇ線ステッパ（水銀灯の４３５ｎｍの輝線を用い
た縮小投影露光装Ｗ）が用いられるようになった。カラ
ーフィルタの製造にｇ線ステッパを用いることにより、
コンタクトアライナ−に比べて高品質なカラーフィルタ
を製造することができるようになるが、この方法には、
２つの大きな問題がある。

まず第一に、天然タンパク／重クロム酸塩系の感光性樹
脂のｇ線における感度が極めて低く、そのため露光時間
が長くなってスループットが上がらないという生産性の
問題が挙げられる。露光時間が長いということは上記生
産性の問題のみならず、露光装置の光学系の温度上昇に
よる転写パターン品質の低下や、重クロム酸塩を用いた
感光性樹脂に特有の残反応と呼ばれる、露光後の進行反
応のために１枚のウェハ内における初期の露光ンヨノト
によるパターンと終期の露光ショットによるパターンに
差が生ずる等の問題が起こることさえある。

第二に、ハレーションと呼ばれる基材面での反射光の問
題がある０例えば固体撮像素子が形成されたシリコンウ
ェハ上にカラーフィルタを形成する場合、固体撮像素子
上に形成された金属（通常はアルミニウム）の配線また
は遮光パターンにおける乱反射が大きいために良好なパ
ターンを形成することができない。

一方、ガラス基板上にカラーフィルタを形成して後に固
体撮像素子と貼り合わせて用いるカラーフィルターの場
合においても、カラーフィルター製造時の露光光がガラ
スを透過してガラス基板を固定している吸引チャックで
反射することにより、ウェハ内にチャックのミゾのムラ
を生ずるという同様の問題が起こる。

このような問題は、露光装置としてコンタクトアライナ
−を用いる場合には露光光に遠紫外光を用いることによ
って容易に回避することができるが、ｇ線ステッパを用
いた場合には回避することは極めて困難である。なぜな
らば、このような反射光を抑えるためには感光性樹脂の
下に露光光を吸収する層を設けることが最も効果的だが
、ｇ　Ｈ＆ステンバでは４３５ｎｍの可視光を用いてい
るために、反射防止層は必然的に着色していなければな
らず、カラーフィルタの機能が１１なわれてしまうから
である。

〈発明の目的〉 本発明の目的は、以上述べたような問題を解決し、生産
性良く高品質のカラーフィルタを製造することができる
方法を提供することにある。

〈問題点を解決するための手段〉 すなわち、本発明は、カラーフィルタを製造するにあた
り、基材に水銀灯の３６５ｎｍの輝線であるｉ線の吸吸
を有する樹脂を塗布する工程と、上記樹脂上に重クロム
酸塩で感光化した天然タンパクの水溶液を塗布する工程
と、上記天然タンパクをｉ線を用いた縮小投影露光装置
を用いてパターニングする工程と、上記天然タンパクで
形成したレリーフを染色する工程を設定したものであり
、上記問題点を解決する固体撮像素子用カラーフィル夕
の製造方法である。

〈発明の詳述〉 第１図は、カゼインに重クロム酸アンモニウムを添加し
た感光性樹脂の吸収スペクトルを示したものであり、紫
外部から可視部に至る広い波長範囲に吸収を有するが、
ｇ線付近での吸収に比べてｉ線付近の吸収が大きく、ｉ
線を用いることにより高感度化が計れることを示唆して
いる。

このことはｇ線ステンバとｉ線ステッパとで感度を比較
することで実証できる。

表１は天然タンパク／重クロム酸塩系のレジストをｇ線
ステッパ（ウェハ面での露光照度３８０ｍＷ／　ｃｔＭ
　）とｉ線ステッパ（ウェハ面での露光照度４２０ｍＷ
／ｃｆｆｌ）でパターニングした際、十分な現像残膜と
シワ等のない良好なパターンの形成を達成するのに必要
な露光時間とエネルギーを比較して示したものであるが
、これらの感光性樹脂が、ｇ線においては、感度が低く
、ｉ線を用いることで感度が大幅に上昇することを示し
ている。

以上述べたように、ｉ線ステッパを用いることによって
露光時間の短縮による大幅な生産性の向上を計ることが
できると同時に、パターンを形成する天然タンパク／重
クロム酸塩系の感光性樹脂層の下にｉ線の吸収層（すな
わち反射防止層）を設けることによってパターン端部の
ギザつきや、チャックムラのない品質の良いパターンを
形成することができる。

前述のように、ｇ線ステッパを用いる場合は、ｇ線の吸
収層の着色（通常は黄色の物が用いられる）が大きいた
めに、このような層は設けることができないが、ｉ線は
紫外光であり、可視部に全く、あるいはほとんど着色を
与えることなく反射防止層の機能を持たせることができ
る。

このようなｉ線吸収層はｉ線に吸収を持つ物質を混入し
た樹脂を基材上に塗布しておけば良い。

紫外部に良好な吸収を有する物質が紫外線吸収剤として
多数市販されている。代表的なものを挙げると、サリチ
ル酸系のものでは、フェニルサリチラート、ｐ−オクチ
ルサリチラート、モノグリコールサリチラート、ｐ−ｔ
ｅｒｔ−プチルフェニルサリチラート、ベンゾフェノン
系のものでは、２．４−ジヒドロキシベンゾフェノン、
２−ヒドロキシ−４−メトキシベンゾフェノン、２．２
゛−ジヒドロキシ−４−メトキシベンゾフェノン、２−
ヒドロキシ−４−メトキシ−２′−カルボキシベンゾフ
ェノン、２−ヒドロキシ−４−ｎ−オクチルオキシベン
ゾフェノン、２−ヒドロキシ−４−オクタデシルオキシ
ベンゾフェノン、２−ヒドロキシ−４−ドデシルオキシ
ベンゾフェノン、ベンゾトリアゾール系では２−（２“
−ヒドロキシ−５°−メチルフェニル）ベンジトリアゾ
ール２−（２°−ヒドロキシ−３’−ｔｅｒｔ−ブチル
−５゛−メチルフェニル）−５−クロロベンジトリアゾ
ール、２−（２’　ヒドロキシ−４゛−ｎ−オクチルオ
キシフェニル）ベンジトリアゾール等がある。

また、上記以外にもナフタレンやスチルヘン等炭化水素
の誘導体に１線・吸収物質として使用できるものが多数
ある。

以下に、本発明の実施例を述べるが、これらによって本
発明が限定されるものではない。なお、実施例において
配合比は、全て重量比である。

〈実施例１〉 ポリケイ皮酸ビニル１０部、セロソルブアセテート９０
部からなる溶液に紫外線吸収剤として２−ヒドロキシ−
４−メトキシベンゾフェノン０．５部を添加し、ｉ線吸
収雇用の樹脂液（Ａ液と呼ぶ）とした。

低分子量ゼラチン１０部、水９０部からなる溶液に重ク
ロム酸アンモニウム１部を加えてカラーフィルタ形成用
の樹脂液（Ｂ液と呼ぶ）とした。

さらに、下記組成でレッド、グリーン、ブルーの染色液
を用意した。

以上、染料は全て日本化薬■製である。

ガラスウェハ上にＡ液をスピンコードし、１７０℃で１
時間ベータしてｉ線吸収層とした。次いでＢ液をスピン
コードし、６０°Ｃ１時間のベータののち、１線ステッ
パ照度４２０ｍＷ　／ｃｉ、９５０ｍ５ｅｃのパターン
露光を行ない水で現像してゼチランのレリーフパターン
を形成した。次いでこのガラスウェハを６０°Ｃのレッ
ド染色液に５分間浸して１色目のカラーフィルタ層を形
成した。

同様にＡ液塗布、Ｂ液塗布、パターニング、染色を２色
目グリーン、３色目ブルーについて行なったのも最終保
護層としてＡ液を塗布、ベークしてレッド、グリーン、
ブルーの３色からなるカラーフィルタを完成した。

〈実施例２〉 パターニング可能なｉ線吸収要用としてグリシジルメタ
クリレート−４−メタクロイロキシカルコン共重合体溶
液（富士薬品■製、商品名ＦＶＲ：以下Ｃ液と呼ぶ）を
用意した。

カラーフィルタ形成用として重クロム酸アンモニウムで
感光化したカゼイン水溶液（以下Ｄｉと呼ぶ）を用意し
た。

さらに、下記組成でシアン、マゼンタ、イエローの染色
液を用意した。

固体撮像素子の形成されたシリコンウェハ上にＣ液をス
ビンコー　し、７０°Ｃ・１時間ベータした後、ｉ線ス
テッパ、照度４２０ｍＷ　／　ｃｔＡ　：　５５０ｍ５
ｅｃのパターン露光を行ない、門ＥＫ　／ｒＰＡ　＝５
／１の混合液で現像してポンディングパッド部を露出さ
せ、さらに１８０　°Ｃで１時間ベータした。

次いでＤ液をスピンコードシ、６０”ａ１時間のベータ
ののちｉ線ステッパで８００ｍ５ｅｃの露光を与え・水
で現像して固体撮像素子の受光部上にカゼインのレリー
フパターンを作成した。

次いでこのウェハを６０’Ｃのシアン染色液に５分浸し
たのら水洗して１色目のカラーフィルタ層を形成した。

同様にＣ液を塗布、パターニング、Ｄ液塗布、パターニ
ング、染色を２色目マゼンタ、３色目イエローについて
行なったのち、最終保護層としてＣ液を塗布、パターニ
ングしてシアン、マゼンタ、イエローの３色からなるカ
ラーフィルタの形成を終えた。

〈発明の効果〉 本発明の製造方法においては、ｉ線ステッパの使用によ
りコンタクトマライナー使用時のようなマスクとウェハ
の接触に起因する欠陥がなく、またアライメントすｎ度
の良い高品質なカラーフィルタを形成できるが、さらに
天然タンパク／重クロム酸塩の感光性樹脂をパターニン
グするにあたりｉ線を用いることにより、ｇ線に比べて
大幅に露光時間を短縮することができ、生産性が向上す
る。

さらに、天然タンパクの感光層の下にｉ線吸収層を設け
ることにより、下地の反射の影舌のない良好なパターン
を形成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、天然タンパク／重クロム酸塩系の感光性樹脂
の分光吸収スペクトルを示すグラフ図である。 特　　許　　出　　願　　人 凸版印刷株式会社 代表者　鈴木和夫

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 基材に、水銀灯の３６５ｎｍの輝線であるｉ線に吸収を
   有する樹脂を塗布する工程と、上記樹脂上に重クロム酸
   塩で感光化した天然タンパクの水溶液を塗布する工程と
   、上記天然タンパクをｉ線を用いた縮小投影露光装置を
   用いてパターニングする工程と、上記天然タンパクで成
   形したレリーフを染色する工程を、少なくとも具備する
   ことを特徴とする固体撮像素子用カラーフィルタの製造
   方法。