JPS5817405A - 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１．とく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−遣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
（ＣＴＤ）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（６）、
緑■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
のパ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、つ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り合せ法
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
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、高精度の位置合わ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ｉ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
る少なくとも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解析出させた第１の分解色の色
素を含む第１の着色層と、−第２の透明電極パターンの
上に電解析出させた第２の分解色の色素を含む第２の着
色層とを含むものである。

本発明の１つの態様によれば、このフィルタは、第１お
よび第２の透明電極パターンの上に形成された親水性バ
インダ層の中に形成されている。

本発明の他の態様によれば、多色光学フィルタの基体は
カラー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から成る少なくとも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の分解色の色素を電解析出させて第１１７９着
色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の分解色の色素を電解析出させて第２の着色層を
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、この製造方法は、第１の着色層
を形成する工程に先立って、第１および第２の透明電極
パターンの上に親水性バインダを含む層を形成する工程
を含むものである。

本発明の他の態様によれば、第１の着色層を形成する工
程は、第１の分解色の色素を含む第１の色素水溶液の中
に基体を設定する段階と、この基体の第１の透明電極パ
ターンに直流電流を通電して第１の分解色の色素を電解
析出させて発色させる段階とを含み、第２の着色層を形
成する工程は、第２の分解色の色素を含む第２の色素水
溶液の中に基体を設定する工程と、この基体の第２の透
明電極パターン上に直流電流を通電して第２の分解色の
色素を電解析出させて発色させる段７階とを含む。

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（ＣＣＤ）　　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
たウェハ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バイ′スで
なくとも、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ＣＣＤ　１０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を配置したいわゆるＭＯＳないしはＭＩｌｌ
ｌｉ構造をとっている。第１．Ａ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ＣＣＤ１
０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を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２０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
とえばシグレ−社ＡＺ−１３５０などのポジ型フォトレ
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ＣＣＤ１０は、第
１Ｃ図に便宜的に示すように電極１６がたとえば赤（２
）、緑０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ＣＯＤ　
１０の電・極１６の配置の平面図で示すように、Ｒ電極
１６に対応する部分同士Ｇ電極１６に対応する部分とは
独笠にリード２８Ｒで相互に接続され、接続端子２６Ｈ
に接続され、Ｇ電極１６に対応する部分量゛士Ｒ電極１
６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２６ＧＫｉ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２８Ｇ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２８Ｒ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１Ｃ図の例ではこのよ、うにＲ電極およびＧ電極１
６用の接続パターンのみをマスク２４に形成し、紫外線
３０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・オ
ドレジスト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→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！０３またはＳＯ！ｎ２　　
　　　　　　　　　　ｎ 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−リラドオフ法でフォトレジスト層
２２を除去すると、第１Ｆ図に示すようにマスク２４（
第１Ｃ図）のパターンド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１゛６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番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５ｉＯｔ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図の工程をＢ電極１６の系統に
ついて行ｔうと、リード２８Ｂが他のリードと電気的短
絡を生ずることなく交差配置される。Ｒ，Ｇ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１Ｈ図に示す
ように電気的に結線されていることになる。

次にＣＣＤｌ０の主表面すなわち撮像面に、第１■図に
示すように、親水性バインダ層１００を塗布することが
好ましい。この層１００は必ずしも設けなくてもよいが
、後述の発色工程で生成した色素を確実に保持しておく
ために、またその発色層の透明性を良くするために設け
た方が有利である。

親水性バインダとしては、ゼラチン、アルブミン、カゼ
イン、セルロース誘導体、寒天、アルギン酸。

ナトリウム、糖誘導体、？リビニルアルコール、ポリビ
ニルピロリドン、ポリアクリルアミドなどが利用できる
。

本発明による多色光学フィルタのフィルタ層の形成すな
わち発色は次のようにして行なう。第４図にその方法を
概念的に示すが、まず、親水性ノク−インダ層１００を
形成した第１Ｉ図の状態のＣＣＤ１０　　と、またはバ
インダ層１００を有さない第１Ｇ図に示す状態のＣ０Ｄ
１０と、電極５０とを容器５２の色素水溶液５４の中に
配置する。電極７５０はＡｕ。

ｐｔ　、　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（この場合は正極）に接続
する。たとえばＣＣＤ　１０のＲ画素に対応する透明電
極３２の上の層１００の部分を赤に発色させる場合を考
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４図のよう
に電源５６の他方の極（この場合は負極）に接続する。

色素水溶液５４は、無色または有色のいずれでもよいが
、たとえばロイコ色素を含む電解電子写真・用現像剤が
有利である。

これにはたとえば特公−昭４３−１３１９５号および米
国特許第３．１７２．８２７号などに記載のものがある
。

この段階ではＲ画素に対応する透明電極３２の部分を赤
に発色させるので、ロイコ色素としては赤色系のものを
使用する。直流電源５６はたとえば数ボルトないし数１
０ボｉ）の電圧でよい。

このようにして第４図の装置に通電すると、親水性バイ
ンダ層１００の中へ浸潤したロイコ色素はＲ画素に対応
する通電した透明電極に接近または接触して還元ないし
は酸化され、赤色に発色する。発色した色素は不溶性と
なりその透明電極３２に付着して−フィルタとしての赤
色層４８Ｒ（第１Ｊ図）を形成する。バインダ層１００
は、このように析出した色素を透明電極３２の付近に捕
捉し、その中で分子分散によって拡散するので、フィル
タとしての透明性を良（する効果がある。バインダ層１
００を設けない場合には、通電された透明電極３２の付
近にある水溶液５４中の色素が発色して不溶性となり、
透明電極３２に付着し、フィルタとしての赤色層４８Ｒ
を形成する。この状態を第１Ｊ図に示す。

次にたとえば緑色に発色する色素を含む水溶液５４にお
いてＧ画素に対応する透明電極３２の接続端子２６Ｇ（
第１Ｈ図）を直流電源５６の負極に接続して、Ｒ画素の
場合と同様に電解析出を行ない、すべてのＧ画素に対応
する透明電極３２の上のバインダ層１０００部分に絶縁
層４８Ｇを形成する。次に同様の工程をＢ画素について
も行ない、青色層４８Ｂを形成する。この状態を第１Ｋ
図に示す。

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６．０（第１Ｌ図）で被覆して
もよい。このあとＣＣＤ１０の各素子を外部に電気的に
接続する電極１８の上にあるパシベーション層２０、親
水性バインダ層１０Ｇおよび保護層６ｏ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１゜は必ずしもＣＯＤなどの固
体撮像素子でなくてもよく、たとえば平板ガラスなどの
平坦な主表面を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く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くとも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１Ｂは必ずしもパシベーション層２０で被覆する必要
はなく、電解析出による発色工程の場合だけ任意の方法
で被覆して電極１８が化学的損傷を受けないようにして
もよい。

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く
、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。またフィルタとして機能する画素上の着色層
が安定な染料の色素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
よび結像を示す平面図、 第３図は透明電極パターンの交差部を示す斜視図、 第４図は着色層を電解析出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（ＣＣＤ）３２・・・・
・・透明電極 ４８Ｒ，４８Ｇ、４８Ｂ・・・・・・着色層１００・・
・・・・親水性バインダ層 特許出願人　　富士写真フィルム株式会社オＩＡ図 ７１８図 １１０図 ０ 才ＩＤ図 第１Ｅ図 才ＩＦ図 １ク １１０図 オＩＨ図 オＩＩ図 オＩＪ図 オｌに図 才ＩＬ図 第２図 第３図 スｔＬ 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ｋ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く履も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解析出させた第１の分
   解色の色素を含む第１の着色層と、第２６透明電極パタ
   ーンの上に電解析出させ゛た第２の分解色の色素を含む
   第２の着色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′りは第１お゛よび第２の透明電極パ
   ターンの上に形成された親水性ｉ４インダ層を含み、第
   １および第２の着色層は該親水性バインダ層の中に形成
   されること番特徴とする多色光学フィルタ。 （３）特許請求の範囲第１項記載あ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の着色層を覆う
   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。 （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。 （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の分解色の色素を電解析出させて
   第１の着色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の分解色の色素を電
   解析出させて第２の着色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）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の着色層を形成する工程に先立って、第１お
   よび第２の透明電極パターンの上に親水性バインダを含
   む層を形成する工程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項または第７項記載の方法に
   おいて、 第１の着色層を形成する工程は、 第１の分解色の色素を含む第１の色素水溶液の中に前記
   基体を設定する段階と１ 、該基体の第１の透明電極パターンに直流電流を通電し
   て第１の分解色の色素を電解析出させて発色させる段階
   とを含み、 第２の着色層を形成する工程は、 第２の分解色の色素を含む第２の色素水溶液の中に前記
   基体を設定する工程と、 該基体の透明電極パターンに直流電流を通電して第２の
   分解色の色素を電解析出させて発色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。