JPH1164623A - カラーフィルタの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 カラーフィルタの製造過程のリフトオフ法
で、レジスト層を除去し易くする。 【解決手段】 半導体基板１１上にレジスト層１２を形
成し、このレジスト層１２に光透過率の異なる第１及び
第２の開口窓１４、１５を有する露光マスク１３を掛け
て露光し、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。開口部１６に露出する半導体基板１１
の表面をレジスト層１２の表面と共に被うように顔料層
１８を形成した後、リフトオフ法により顔料層１８をレ
ジスト層１２と共に除去し、開口部１６に対応する半導
体基板１１の表面にフィルタ層１１を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【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。

【０００２】

【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。

【０００３】図３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Ｃ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。

【０００４】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。

【０００５】図４（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。

【０００６】（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。

【０００７】（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。

【０００８】（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。

【０００９】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３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、Ｃ３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。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】第４の工程のリフトオ
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。

【００１１】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。

【００１２】

【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、その特徴とするとこ
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
所定膜厚のレジスト層を形成する第１の工程と、上記レ
ジスト層を感光させて、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、この開口部が形成される領
域を除いた領域に上記所定膜圧よりも浅い凹部を形成す
る第２の工程と、上記開口部及び上記凹部が形成された
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の工程と、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の工程
と、を含むことにある。

【００１３】本発明によれば、開口部が形成される領域
以外のレジスト層において、表面に形成される凹部の段
差部分から、レジスト層内に溶剤が浸入し易くなり、開
口部が形成されない部分でもレジスト層を効率よく融解
させることができる。

【００１４】

【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。これらの図面は、図４（ａ）〜
（ｄ）と同一部分を示している。 （ａ）第１の工程 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。この第１工程は、図４（ａ）の第１工程と同一であ
る。

【００１５】（ｂ）第２の工程 レジスト層１２に、光透過率の異なる２種類の開口窓１
４、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、２
０％〜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％〜４
０％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１
２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。

【００１６】（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。

【００１７】（ｄ）第４工程 レジスト層１２を溶剤で融解させ、リフトオフ法によ
り、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１
７の側壁部分からレジスト層１２内へ浸入する。このた
め、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。これにより、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１
８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。

【００１８】尚、通常のカラーフィルタは、図３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（ｂ'）、(ｂ''）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
（ｂ）に示す第２工程を第２ａ工程及び第２ｂ工程の２
段階で行うようにしており、その他の第１工程、第３工
程及び第４工程は、図１（ａ）、（ｃ）、（ｄ）に示す
とおりである。

【００１９】（ｂ'）第２ａ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。

【００２０】（ｂ''）第２ｂ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以下まで達する凹部
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。

【００２１】以上の第２ａ及び第２ｂ工程によれば、図
１（ｂ）に示す第２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２ｂ工程
に続いて図１（ｃ）、（ｄ）に示す第３工程及び第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２ａ工程と第２ｂ工程
とは、何れの工程を先に行っても差し支えない。

【００２２】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。

【００２３】

【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】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４】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 半導体基板 ２、１２ レジスト層 ３、１３、２１、２３ 露光マスク ４、１４、１５、２２、２４ 開口窓 ５、１６ 開口部 ６、１８ 顔料層 ７、１９ フィルタ層 １７ 凹部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 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レジスト層を形成する第１の工程
   と、上記レジスト層を感光させて、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、この開口部が形
   成される領域を除いた領域に上記所定膜圧よりも浅い凹
   部を形成する第２の工程と、上記開口部及び上記凹部が
   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の工程と、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の工程と、を含むことを特徴とするカラーフィルタの
   製造方法。
2. 【請求項２】 上記第２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。
3. 【請求項３】 上記第２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。