JPS5817404A - 多色光学フイルタおよびその製造方法 - 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】 本発明は多色光学フィルタ、と（に透明基板またはカラ
ー固体撮像素子の上に形成された多色光学フィルタ、お
よびその製造方法に関するものである。

従来、電荷結合素子（ＣＣＤ）などの電荷転送素子（Ｃ
ＴＤ）からなるカラー固体撮像素子を形成するために多
色光学フィルタを形成するには、ガラスなどの透明基板
上に染色法または干渉膜法などによって赤（Ｒ）、緑（
Ｇ）および青（Ｂ）もしくはシアン、マゼンタおよびイ
エローなどの３分解色のストライプ状またはモザイク状
の／ぐターンを形成したものを、固体撮像素子の主表面
に接着剤によって貼り合わせていた。この場合、リード
線配線済の固体撮像素子チップの主表面に多色光学フィ
ルタを貼り合わせる方法と、多数の未配線固体撮像素子
が形成されたウェハにこれらの固体撮像素子と同一ピッ
チで形成された多数の多色光学フィルタ板を貼り合わせ
る方法がある。しかし、いずれにせよ従来の貼合せ法に
よる固体撮像素子の多色光学フィルタはその製造工程が
複雑であり、しかも多色光学フィルタを固体撮像素子に
貼り合わせる場合に多色光学フィルタの分解色パターン
と撮像素子の対応する画素との間で高精度の位置合せを
行なわなければならない。

したがって本発明の目的は、このような従来技術の欠点
を解消し、高精度の位置合せを必要とせず比較的簡単な
工程で固体撮像素子などの基体に一体的に形成した多色
光学フィルタおよびその製造方法を提供することにある
。

また本発明の他の目的は、耐久性の高い多色光学フィル
タおよびその製造方法を提供することにある。

このような目的は、次のような本発明による多色光学フ
ィルタによって達成される。すなわちこのフィルタは、
主表面を有する基体上に、この基体の主表面上において
第１の分解色の複数の画素に対応して各画素を共通に接
続するように配置された透明電極材料からなる第１の透
明電極パターンと、基体の主表面上において第２の分解
色の複数の画素に対応して各画素を共通にかつ第１の透
明電極パターンとは独立に接続するように配置された透
明電極材料からなる第２の透明電極パターンとから成る
少な（とも２つの透明電極パターンを有し、第１の透明
電極パターンの上に電気泳動法によって被着された第１
の分解色の粒子を含む第１の粒子層と、第２の透明電極
パターンの上に電気泳動法によって被着された第２の分
解色の粒子を含む第２の粒子層とを含むものである。

本発明の１つの態様によれば、多色光学フィルタは、第
１および第２の透明電極パターン以外の基体の主表面上
に反転現像法によって被着された黒色粒子を含む第３の
粒子層を含むものである。

本発明の他の態様によれば、多色光学フィルタの基体は
固体撮像素子である。

このような多色光学フィルタは次のような本発明による
製造方法によって製造される。すなわちこの方法は、基
体の主表面において、少な（とも、第１の分解色の複数
の画素に対応して各画素を共通に接続する透明電極材料
からなる第１の透明電極パターンと、第２の分解色の複
数の画素に対応して各画素を共通にかつ第１の透明電極
パターンとは独立に接続する透明電極材料からなる第２
の透明電極パターンとから成る少な（とも２つの透明電
極パターンを形成する工程と、第１の透明電極パターン
の上に第１の分解色の粒子を電気泳動法によって被着さ
せて第１の粒子層を形成する工程ト、第２の透明電極パ
ターンの上に第２の分解色の粒子を電気泳動法によって
被着させて第２の粒子層を形成する工程とを含むもので
ある。

本発明の態様によれば、第１の粒子層を形成する工程は
、第１の分解色の粒子を分散させた第１の絶縁性液の中
に基体を設定する段階と、第１の絶縁性液の中において
耐１０林解色の粒子が帯電する極性とは反対の極性の直
流電源に第１の透明電極パターンを接続して通電し、第
１の分解色の粒子を第１の透明電極パターンの上に被着
させる段階とを含み、第２の粒子層を形成する工程は、
第２の分解色の粒子を分散させた第２の絶縁性液の中に
基体を設定する段階と、第２の絶縁性液の・中において
第２の分解色の粒子が帯電する極性とは反対の極性の直
流電源に第２の透明電極パターンを接続して通電し、第
２の分解色の粒子を第２の透明電極パターンの上に被着
させる段階とを含むものである。

本発明の他の態様によれば、多色光学フィルタの製造方
法は第１および第２の少な（とも２つの透明電極パター
ン以外の基体の主表面上に黒色粒子を含む第３の粒子層
を被着させる工程を含み、この工程は、黒色粒子を分散
させた第３の絶縁性液の中に基体を設定し、この基体と
対向するように絶縁性液の中に対向電極を設定する段階
と、第３の絶縁性液の中において黒色粒子が帯電する極
性と同じ°極性の直流電源に、基体の第１および第２の
少なくとも２つの透明電極パターンならびに対向電極を
共通に接続して通電する段階とを含むものである。

次に本発明による多色光学フィルタの製造方法、−の実
施例を添付図面を参照して詳細に説明する。

第１Ａ図は本発明による多色光学フィルタを形成する基
体の一例としてたとえば電荷結合素子（ＣＯＤ）などの
固体撮像素子１０の断面を示す。

本発明の方法はこのような１チツプの固体撮像素子に適
用できるが、複数個の固体撮像素子を２次元的に配列し
たウエノ・にも適用することができる。

またこのような基体は固体撮像素子などのデノ（イスで
な（とも、たとえばガラスなどの透明基板であってもよ
い。ここでは１チツプの固体撮像素子１０に適用した場
合について説明する。

周知のようにＣ０Ｄ１０はたとえばｐ型シリコンなどの
基板１２の上に二酸化シリコンなどの絶縁層１４を形成
し、その上にアルミニウムまたは多結晶シリコンなどの
電極１６を配置した〜・わゆるＭＯＳないしＭＩＳ構造
をとってもする。第１Ａ図の断面はＣＣＤの撮像部分を
示し、１つの電極１６で１つの画素または絵素を構成し
ている。これらの電極１６の他にこのＣＣＤ１０は外部
接続用の例えばアルミニウムあるいは金などの電極１８
を有し、これらがたとえば燐ケイ酸ガラスなどのパシベ
ーション（保護層）２０で被われている。

電極１８にもパシベーションで被覆したのは後の処理で
この電極が損傷を受けないようにするためである。なお
この図では説明の便宜上横方向に対して相対的に縦方向
の寸法が誇張して描かれている。

次に第１Ｂ図に示すようにパシベーション２゜の上にフ
ォトレジスト層２２を既知の方法で形成する。これはた
とえばシプレー社ＡＺ−１３５０などのポジ雄フォトレ
ジストまたはイーストマンコダック社のコダックマイク
ロネガレジストなどのネガ型フォトレジストであってよ
い。図示の実施例では以下ポジ型フォトレジス、トの場
合について説明する。

ところでカラー固体撮像素子としてのＣＣＤＩｏは、第
１Ｃ図に便宜的に示すように電極１６がたとえば赤（Ｒ
）、緑（Ｇ）および青（Ｂ）の３分解色にわかれて各画
素を構成している。そこでまずＲおよびＧの画素に対応
する部分を残して他をマスク２４によってマスクする。

このとき各Ｒ電極およびＧ電極１６は、第２図にＣＣＤ
１０の電極１６の配置の平面図で示すように、Ｒ電極１
６に対応する部分同士Ｇ電極１６に対応する部分とは独
立にリード２８Ｒで相互に接続され、接続端子２６Ｈに
接続され、Ｇ電極１６に対応する部分同士Ｒ電極１６に
対応する部分とは独立にリード２８Ｇで相互に接続され
、接続端子２６Ｇに接続されるように、マスク２４の接
続パターンを形成する。この場合リード２８Ｒおよび２
８Ｇは２系統の接続リードとして交差することがないよ
うに配置する。なおり電極に対応する部分の接続リード
２８Ｂについては接続端子２６Ｂを複数設けるなどして
Ｒ電極およびＧ電極１６に対応する部分の接続リード２
８Ｒおよび２８Ｇと交差することがないように配置結線
できる場合は、マスク２４にＢ電極用の接続パターンを
一括して形成してもよい。そのようにできない場合はＢ
電極１６用の接続パターン形成は後に別途性なう。第１
ｃ図の例ではこのようにＲ電極およびＧ電極１６用の接
続パターンのみをマスク２４に形成し、紫外線３゜でフ
ォトレジスト２２の露光を行なう。なお言うまでもない
がネガ型フォトレジストを層２２に使用した場合にはマ
スク２４のパターンが第１ｃ図に示すものを反転したも
のになる。

露光したフォトレジスト層２２を現像した状態を示すの
が第１Ｄ図である。この状態では露光した部分のフォト
レジスト２２が除去され、すなわちＲ電極およびＧ電極
１６に対応する部分のパシベーション２０が露出してい
る。また第２図の接続リード２８Ｒおよび２８Ｇならび
に接続端子２６Ｒおよび２６Ｇに対応する部分のフォト
レジスト層２２も除去されていることは言うまでもない
。

そこでこの上に、たとえばＩｎ２Ｏ３または８ｎＯ。

などの周知の透明電極材料を蒸着などの方法で被着させ
（第１Ｅ図）、次にリフトオフ法でフォトレジスト層２
２を除去すると、第一１Ｆ図に示すようにマスク２４（
第１Ｃ図）のパターンに対応した部分にのみ透明電極材
料が残る。第２図について述べれば、Ｒ電極およびＧ電
極１６の上と接続リード２８Ｒおよび２８Ｇの上に透明
電極材料３２が被着して、各画素電極１６の上の透明電
極３２を図示のように接続端子２６Ｒおよび２６Ｇへそ
れぞれ電気的に接続する。

前述のようにこれまでの工程でＲ電極およびＧ電極１６
に対応する透明電極パターンしか形成してない場合は、
次にＢ電極１６の上に透明電極を形成してこれを接続端
子２６Ｂに接続するため、Ｂ電極１６について第１Ｃ図
ないし第１Ｆ図の工程と同様の工程を施す。その前に、
たとえば第２図の３４で示すような接続リードの交差部
には第３図に示すようにたとえばフォトレジスト材料あ
るいはＳ　ｉ　０２　などの絶縁層３６を形成しておく
。

その後第１Ｃ図ないし第１Ｆ図の工程なり電極１６の系
統について行なうと、リード２８Ｂが他のする。ＲＸＧ
およびＢの全画素に透明電極３２が形成された状態を第
１Ｇ図に示す。その場合透明電極３２のパターンは第１
Ｈ図に示すように電気的に結線されていることになる。

ＣＣＤなとの固体撮像素子は周知のように金属電極の反
射防止および各画素間のイラジェーション防止のためそ
の主表面、すなわち撮像面の不要部分を黒色化するオプ
チカルブラック形成を行なうことがしばしばある。本発
明による多色光学フィルタではこのために第４図に模式
的に示すような反転現像法を適用することができる。な
おこのオプチカルブラック形成工程は後述のカラー粒子
被着工程の後に行なってもよいが、透明電極３２によっ
て効果的に反転現像のための電界が形成されるためには
透明電極３２が直接露出しているこの段階で行なうこと
が望ましい。

このオプチカルブラック形成方法は電子写真における反
転現像法の原理によるもので、第１Ｈ図に示すＣＣＤ１
０の透明電極３２の接続端子２６Ｒ１２６Ｇおよび２６
Ｂを、第４図に示すように共通に接続して直流電源４０
の一方の極性のたとえば負極に接続する。この極性と同
じ極性（この例では負）に帯電する黒色粒子４２を分散
させた電気的に絶縁性の現像液中にこのＣＣＤ１０を設
置し、これと対向してやはりこの液中に同電位同極性の
電極４４を配置する。この例では黒色粒子４２が負に帯
電する現像液を使用したので、ＣＣＤ１０および電極４
４をこの帯電極性と同じ極性の直流電源４０の負極に接
続したが、粒子４２が正に帯電する現像液を使用する場
合はＣＣＤ１０および電極４４を正の電源に接続すれば
よい。このようにして黒色粒子４２をＣＣＤ１０の透明
電極３２以外の部分に付着させてオプチカルブラック４
６（第１工図）を形成する。なおＣＣＤ回路接続用電極
１８などのオプチカルブラックを形成させない部分はあ
らかじめ任意の方法で被覆してお（ことが望ましい。こ
の例では電極１８を）（シペーション層２０で被覆して
おき、後にこの部分の）（シベーション層２０を除去す
る方法をとっている。

反転撮像によるオプチカルブラック１電着のあと、黒色
粒子を定着させるために加熱処理を行なってもよい。

このようにしてオプチカルブラックを形成したＣＣＤ１
Ｇの撮像面に次に電気泳動法によって着色粒子層を形成
する。第５図はこの着色粒子層を電気泳動法によって形
成する方法を概念的に示すもので、第１■図に示すオプ
チカルブラック４６を形成したＣＣＤ１０と、電極５ｏ
が容器５２の現像液５４中に配置されている。電極５ｏ
はＡｕ。

ｐｔ　ｓ　ｃ　（グラファイト）またはＴｉ　　で構成
され、直流電源５６の一方の極、たとえば正極に接続す
る。たとえばＣ０Ｄ１０のＲ画素に対応する透明電極３
２の上にＲ粒子を付着させて赤（Ｒ）のフィルタとして
の粒子層４８（第１Ｊ図）を形成する場合を考えると、
Ｒ画素に対応した各透明電極３２が共通に接続されてい
る接続端子２６Ｒ（第１Ｈ図）を第５図のように電源５
６の他方の極、たとえば負極に接続する。この場合は電
気的に絶縁性の現像液５４に、正に帯電する絶縁性の赤
色コロイド粒子を分散させた液体現像剤を使用する。

負に帯電する赤色粒子を分散させた液体現像剤を使用す
る場合は直流電源５６の極性接続を第５図に示す接続と
逆にしなければならない。現像液５４に分散させる粒子
としてはカラー電子写真用現像剤が好ましく、と（に液
体現像剤が有利である。

これにはたとえば、ザ　フォーカル　プレス（Ｔｈｅ　
Ｆｏｃａｌ　Ｐｒｅｓｓ）社刊、シャツアート（Ｓｃ）
ａｆｆｅｒｔ）著［エレクトロフォトグラフィＪ　（Ｅ
ｌｅｃｔｒｏｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｙ　）（１９６５年
）第４３１〜４３２頁に記載の現像剤、ならびに米国特
許第２．９０７．６７４号、第３．３３７．３４０号お
よび第３．１７２．８２７号公報に記載の現像剤などが
利用できる。

このようにして第５図に示す装置に通電すると、現像液
５４中に分散された赤色粒子は静電力によってＣＣＤｌ
０の方へ泳動し、その上のＲ画素に対応する透明電極３
２に付着する。その際他の分解色すなわちＧおよびＢの
画素に対応する透明電極３２に接続された接続端子２６
Ｇおよび２６Ｇは電源５６に接続しないか、またはトナ
ーを反発する極性にバイアスさせてお（。このようにし
てＲ画素のみに対応して赤色粒子層４８Ｒ（第１Ｊ図）
が成長する。

赤色粒子層４８Ｒの形成が完了すると、第５図の容器５
２からＣＣＤ１０を取り出して洗浄し、乾燥させる。必
要ならば加熱処理を施して赤色粒子の定着を行なっても
よい。この工程におけるＣＣＤ１０の状態を第１Ｊ図に
示す。

次に容器５２の現像液５４を、たとえば緑色粒子を分散
させたものに交換し、ＣＣＤ１０のＧ画素に対応する各
透明電極３２を共通に接続した接続端子２６Ｇのみを電
源５６の他方の極に接続して、緑色粒子層４８Ｇ（第１
Ｋ図）の形成を、赤色粒子層４８Ｈの形成工程と同様の
方法で行なう。

緑色粒子層４８Ｇの電着完了後、洗浄、乾燥、そして必
要ならば加熱の各処理を行なう。次にＢ画素について同
様の工程を施して青色粒子層４８Ｂを形成する。これに
よって最終的には第１Ｋｌｆｆｌに示すようにＲ，Ｇお
よびＢの各画素に対応して着色粒子層４８Ｒ，４８Ｇお
よび４８Ｂが被着されたことになる。

最後に、ＣＣＤ１０の撮像面の光散乱特性すなわち分光
特性および透明性を改善するために、必要に応じてフォ
トレジストなどの保護層６０（第１Ｌ図）で被覆しても
よい。またはこの代りに、加熱してその顔料粒子を溶か
して撮像面の表面処理を行なっても韮い。このあとＣＣ
Ｄｌ０の各素子を外部に電気的に接続する電極１８の上
にある一パンベーション層２０、オプチカルブラック４
６および保護層６０の部分を除去して、多色光学フィル
タ形成工程を完了する。この状態を第１Ｌ図に示す。

本発明による多色光学フィルタの製造方法をその特定の
実施例について説明したが、本発明はこの実施例のみに
限定されず様々な変形が考えられる。たとえば多色光学
フィルタを形成する基体１０は必ずしもＣＯＤなどの固
体撮像素子でな（てもよ（、たとえば平板ガラスなどの
平坦な主表面な°有する基体または曲面を有する基体で
あってもよい。またそのような基体の上に透明電極を形
成する方法は図示の実施例の方法に限定されず、他の公
知の方法を用いることができる。多色光学フィルタとし
てＲ，ＧおよびＢの３分解色のものについて説明したが
、当然これに限定されることな（他の分解色でもよく、
また本発明が有利に適用できるのは少な（とも２種の分
解色の光学フィルタであれば十分であって、必ずしも実
施例のような３種の分解色の光学フィルタに限定されな
い。勿論４色以上の多色光学フィルタにも適用できるこ
とは言うまでもない。さらに、ＣＣＤ１０の素子接続電
極１８は必ずしもパシベーション層２０で被覆する必要
はな（、黒色粒子や着色粒子を電着させるときだけ任意
の方法で被覆して電極１Ｂが化学的損傷を受けないよう
にしてもよ（、またオプチカルブラック４６の形成は本
発明に必須ではないが、着色粒子層４８Ｒ，４８Ｇおよ
び４８Ｂを形成してからこれを行なうようにしてもよい
ことは明らかである。

本発明による多色光学フィルタは以上のように構成した
ことにより、固体撮像素子などの基体の製造工程の一貫
としてこれと一体的に形成することができるので、従来
の貼合せ法で必ず行なわれていたパターン整合すなわち
位置合せ工程を透明電極形成時以外は行なう必要がな（
、少ない工数で高い精度の多色光学フィルタを得ること
ができる。またフイ“ルタとして機能する画素上の着色
層が安定な顔料の粒子で構成されているので、耐久性の
高い多色光学フィルタが提供される。

【図面の簡単な説明】

第１Ａ図ないし第１Ｌ図は本発明による多色光学フィル
タの製造工程の実施例を段階的に示す断面図、 第２図は電荷結合素子の上に形成した透明電極の配置お
よび結線を示す平面図、 第３図は透明電極パターンの交差部を示す斜視図、 第４図はオプチカルブラック形成方法を概念的に示す説
明図、 第５図は着色粒子層を電気泳動法によって形成する原理
を示す図である。 主要部分の符号の説明 １０・・・電荷結合素子（ＣＯＤ） ３２・・・透明電極 ４６・・・オプチカルブラック ４８Ｒ，４８Ｇ、４８Ｂ・・・着色粒子層特許出願人　
　富士写真フィルム株式会社オＩＡ図 牙１ｃ図 第１０図 り２ 牙ＩＥ図 オＩＦ図 ＋Ｑ　　” オｌｌ−１図 牙ＩＩ図 オＩＪ図 第１に図 オＩＬ図 第２図 第３図 ４ 第４図 第５図 手続補正書 昭和１午５月Ｘ″１）日 特許庁長官　島田春摺　殿 １、事件の表示 昭和ｓｔ年　特許　願第１１５≦７ｇ号３、　補正をす
る者 事件との関係　特許出願人 ４、代理人 ６、補正により増加する発明の数 （１）明細書第１６頁第５行の ｒｃｃＤｌｏを」を ｒｃｃＤｌｏを裏面を接地して」に訂正する。 （２）　　同上第１７頁第１１行の ｒ　Ｔｉ　　で」を 「Ｔｉ　　等で」に訂正する。 （３）願書に添付した図面の第４図を添付の差替図面（
第４図）と差し替える。 ９添付書類の目録 （１）　　差替図面（第４図）　　　　　　１通第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、主表面を有する基体上に、 該基体の主表面上において第１の分解色の複数の画素に
   対応して各画素を共通に接続するように配置された透明
   電極材料からなる第１の透明電極パターンと、 該基体の主表面上において第２の分解色の複数の画素に
   対応して各画素を共通にかつ第１の透明電極パターンと
   は独立に接続するように配置された透明電極材料からな
   る第２の透明電極パターンとから成る少な（とも２つの
   透明電極パターンを有し、 第１の透明電極パターンの上に静電的に被着された第１
   の分解色の粒子を含む第１の粒子層と、第２の透明電極
   パターンの上に静電的に被着された第２の分解色の粒子
   を含む第２の粒子層とを含むことを特徴とする多色光学
   フィルタ。 ２特許請求の範囲第１項記載の多色光学フィルタにおい
   て、該フィルタは、第１および第２の少な（とも２つの
   透明電極パターン以外の前記基体の主表面上に静電的に
   被着された黒色粒子を含む第３の粒子層を含むことを特
   徴とする多色光学フィルタ。 ３、特許請求の範囲第１項記載の多色光学フィルタにお
   いて、該フィルタは、第１、第２および第３の粒子層を
   覆う保護層を含むことを特徴とする多色光学フィルタ。 ４、特許請求の範囲第１項、第２項または第３項記載の
   多色光学フィルタにおいて、前記基体は固体撮像素子を
   含むことを特徴とする多色光学フィルタ０ ５、特許請求の範囲第１項、第２項または第３項記載の
   多色光学フィルタにおいて、前記基体は平板ガラスであ
   ることを特徴とする多色光学フィルタ０ ６、基体の主表面において、少なくとも、第１の分解色
   の複数の画素に対応して各画素を共通に接続する透明電
   極材料からなる第１の透明電極パターンと、第２の分解
   色の複数の画素に対応して各画素を共通にかつ第１の透
   明電極パターンとは独立に接続する透明電極材料からな
   る第２の透明電極パターンとから成る少な（とも２つの
   透明電極パターンを形成する工程と、 第１の透明電極パターンの上に第１の分解色の粒子を静
   電的に被着させて第１の粒子層を形成する工程と、 第２の透明電極パターンの上に第２の分解色の粒子を静
   電的に被着させて第２の粒子層を形成する工程とを含む
   ことを特徴とする多色光学フィルタの製造方法。 ７、！ｖＩ許請求の範囲第６項記載の方法において、第
   １の粒子層を形成する工程は１ 第１の分解色の粒子を分散させた第１の絶縁性液の中に
   前記基体を設定する段階と、 第１の絶縁性液の中において第１の分解色の粒子が帯電
   する極性とは反対の極性の直流電源に第１の透明電極パ
   ターンを接続して通電し、第１め着させる段階とを含み
   、 第２の粒子層を形成する工程は、 第２の分解色の粒子を分散させた第２の絶縁性液の中に
   前記基体を設定する段階と、 第２の絶縁性液の中において第２の分解色の粒子妙ト帯
   電する極性とは反対の極性の直流電源に第２の透明電極
   パターンを接続して通電し、第２の分解色の粒子を第２
   の透明電極パターンの上に被着させる段階とを含むこと
   を特徴とする多色光学フィルタの製造方法。 ８、特許請求の範囲第６項記載の方法において、該方法
   は、 第１および第２の少な（とも２つの透明電極パターン以
   外の前記基体の主表面上に黒色粒子を含む第３の粒子層
   を被着させる工程を含み、該第３の粒子層を被着させる
   工程は、 黒色粒子を分散させた第３の絶縁性液の中に前記基体を
   設定し、該基体と対向するように該絶縁性液の中に対向
   電極を設定する段階と１　゛第３の絶縁性液の中におい
   て黒色粒子が帯電する極性と同じ極性の直流電源に、該
   基体の第１および第２の少な（とも２つの透明電極パタ
   ーンならびに前記対向電極を共通に接続して通電する段
   階とを含むことを特徴とする多色光学フィルタの製造方
   法。