(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
受光素子及び着色膜上に、平坦化膜、マイクロレンズが設けられた固体撮像素子において、
前記着色膜上に平坦化膜となる樹脂をコートし、加熱硬化した後、熱処理、光照射、あるいは熱処理と光照射を行うことにより、前記着色膜と前記平坦化膜を積層したときの分光特性を制御することを特徴とする固体撮像素子の分光特性制御方法。
【請求項２】
前記光照射にｉ線（波長：３６５ｎｍ）を用いることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子の分光特性制御方法。
【請求項３】
前記平坦化膜が熱硬化性のアクリル樹脂からなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の固体撮像素子の分光特性制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、受光素子を２次元に配列したイメージセンサを用い、カラー画像データを取り込むために受光素子上にオンチップカラーフィルタが設けられた固体撮像素子の分光特性制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
画像入力素子であるＣＣＤ又はＣＭＯＳイメージセンサをカラー化するために必要なものが、オンチップカラーフィルタであり、デジタルカメラやカメラ付き携帯電話の市場拡大に伴い需要が増えている。
【０００３】
シリコンウェハ上に形成された受光素子のそれぞれに光の３原色である赤・緑・青（ＲＧＢ）、又は補色のシアン・マゼンダ・イエロー・グリーン（ＣＭＹＧ）のカラーフィルタを直接形成し、さらに、カラーフィルタ上にはイメージセンサの集光力をさらに高め、感度向上を実現するため、マイクロレンズが形成される。
【０００４】
画像品質の高品質化に伴う、高解像度化への要求や、携帯電話、デジタルカメラ、マイクロディスプレイといった使用用途がカスタム化することにより、オンチップカラーフィルタに対して、多種多様な分光特性が求められている。
【０００５】
そうしたオンチップカラーフィルタの要求に対する分光特性制御方法として、顔料を検討し、所望の分光特性を得る方法が提案されている。しかしながら、それぞれの要求特性に合わせて顔料を開発することは、コスト面だけではなく、開発期間が長く、しかも塗布するための、塗液の種類が増え、塗布するコーターの仕様も変更する必要があるため、オンチップカラーフィルタのメーカーにとって大きな負担となっている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−９８６８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記オンチップカラーフィルタに対する、用途毎の多種多様な分光特性要求に対応できる、開発期間が短くて済み、コストアップにならず、手間となるコーターの仕様変更の少い、固体撮像素子の分光特性制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するための手段として、請求項１に記載の発明は、受光素子及び着色膜上に、平坦化膜、マイクロレンズが設けられた固体撮像素子において、
前記着色膜上に平坦化膜となる樹脂をコートし、加熱硬化した後、熱処理、光照射、あるいは熱処理と光照射を行うことにより、前記着色膜と前記平坦化膜を積層したときの分光特性を制御することを特徴とする固体撮像素子の分光特性制御方法である。
【０００９】
また、請求項２に記載の発明は、前記光照射にｉ線（波長：３６５ｎｍ）を用いることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子の分光特性制御方法である。
【００１０】
また、請求項３に記載の発明は、前記平坦化膜が熱硬化性のアクリル樹脂からなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の固体撮像素子の分光特性制御方法である。
【発明の効果】
【００１１】
オンチップカラーフィルタの用途はさまざまで、主には携帯電話用、デジタルカメラ用、マイクロディスプレイ用などに用いられる。開発各社により分光特性に対する要求は異なり、それぞれ毎の顔料開発が求められる。しかしながらこれらの開発には膨大な費用・開発期間がかかるため、収益を悪化させかねない。本発明を用いることで、顔料開発期間・費用の削減を可能とする。また、得意先が求める要求に対して、オーダーメイドに近い分光特性の提供が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明におけるオンチップカラーフィルタにおける緑色フィルタ部試験体の分光特性の制御を示した分光特性曲線である。
【図２】本発明に係るマイクロレンズ
【図３】本発明の固体撮像素子を示した断面概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下本発明を実施するための形態を、図面を用いて詳細に説明する。図１は受光素子上にグリーン着色塗膜をコートし、さらにＰＬ２塗膜を積層したときの分光特性と、受光素子上にグリーン着色塗膜をコートし、さらにＰＬ２塗膜を積層し、熱処理（１２０℃、９ｍｉｎ）行ったときの分光特性と、受光素子上にグリーン着色塗膜をコートし、さらにＰＬ２塗膜を積層し、熱処理（１２０℃、９ｍｉｎ）とＢｌｅａｃｈｉｎｇ（３０,０００Ｊ／ｍ２）を行ったときの分光特性、並びに未処理の平坦化膜、平坦化膜に熱処理、平坦化膜に熱処理と光照射を行ったときの分光特性の変化を、ガラス基板上で評価し、その結果を示している。
【００１４】
具体的には、ＰＬ２（ＭＦＲ５１１Ｈ（ＪＳＲ製））塗膜の分光特性１１、熱処理（１２０℃、９ｍｉｎ）行ったＰＬ２塗膜の分光特性１２、熱処理と（１２０℃、９ｍｉｎ）Ｂｌｅａｃｈｉｎｇ（３０，０００Ｊ／ｍ２）を行ったＰＬ２塗膜の分光特性１３、受光素子上にグリーン着色塗膜をコートし、さらにＰＬ２塗膜を積層したときの分光特性２１、受光素子上にグリーン着色塗膜をコートし、さらにＰＬ２塗膜を積層し、熱処理（１２０℃、９ｍｉｎ）行ったときの分光特性２２、受光素子上にグリーン着色塗膜をコートし、さらにＰＬ２塗膜を積層し、熱処理（１２０℃、９ｍｉｎ）とＢｌｅａｃｈｉｎｇ（３０,０００Ｊ／ｍ２）を行ったときの分光特性２３である。
【００１５】
図２は固体撮像素子のカラーフィルタ上に、固体撮像素子の集光力を高め、感度向上を実現するために設けられるマイクロレンズの形状を示しており、オンチップカラーフィルタのそれぞれにマイクロレンズが形成されている。
【００１６】
図３は、本発明に係る固体撮像素子を示した断面概念図である。シリコンウェハ７上に形成された受光素子８は電極６と遮光膜５が形成されている。光１はマイクロレンズ２により集光され平坦化膜３、カラーフィルタを通して、受光素子８に届く。
【００１７】
本発明に係るカラーフィルタは、赤色、緑色）、青色の光の３原色、及び補助色により構成されており、赤色着色組成物、緑色着色組成物、青色着色組成物等の着色組成物を、複数の着色画素が順番に繰り返し配列された形状にパターニングして形成される。
【００１８】
カラーフィルタ用着色組成物は、樹脂、その前駆体又はそれらの混合物からなる各色の着色剤を、樹脂質バインダーに混錬して作製され、樹脂としては、可視光領域の４００〜７００ｎｍの全波長領域において透過率が好ましくは８０％以上、より好ましくは９５％以上の樹脂が用いられ、着色組成物を紫外線照射により硬化させる場合には光重合開始剤
等が添加される。
【００１９】
着色剤には、顔料、染料を用いることができ、顔料としては、例えば、赤、緑、青の各色で使用できる顔料として次のものが挙げられる。顔料の種類は、カラーインデックス（Ｃ．Ｉ．）Ｎｏ．で示す。赤色顔料として、９７、１２２、１２３、１４９、１６８、１７７、１８０、１９２、２０８、２０９、２１５などが、緑色顔料として７、３６などが、青色顔料として、１５、１５：１、１５：３、１５：６、２２、６０、６４などが挙げられる。
【００２０】
赤色、緑色、青色以外にも、分光特性を制御するために、例えば、白顔料として、１８、２１、２７、２８などが、黄顔料として、１３、１７、８３、１０９、１１０、１２８などが、紫顔料として、１９、２３などが、橙顔料として、３８、４３などが挙げられる。顔料は、単体以外に、顔料を予め分散剤、有機溶剤に分散させた顔料分散体であっても良い
また、シアン；マゼンタ；イエローの３色を含む着色層パターンの場合、シアンインキには前記青色顔料、マゼンタインキには前記赤色顔料、イエローインキには前記黄色顔料をそれぞれ用いることができる。
【００２１】
以下、本発明の固体撮像素子の分光特性制御方法のための、試験体による実験について説明する。ガラス基板上に、グリーン着色組成物Ｇ-Ｔ１４６（東洋インキＳＣＨ製）をコートし、露光・現像を行い、パターニングし、グリーン着色膜を得た。通常のカラーフィルター４においては、同じ操作をブルー着色膜、レッド着色膜についても行い、着色画素が順番に繰り返し配列されたカラーフィルタを作製する。
【００２２】
続いて、カラーフィルタ４上にその凹凸を緩和、若しくはマイクロレンズ２下の距離をコントロールするための平坦化膜３として、熱硬化性のアクリル樹脂であるＰＬ２（ＭＦＲ５１１Ｈ（ＪＳＲ製））をコートし、９０℃、９０秒間加熱硬化させカラーフィルタ４の緑色フィルタ部試験体を得た。
【００２３】
作製したカラーフィルタ４の緑色フィルタ部試験体、作製した試験体に１２０℃、９分の熱処理を加えたもの、作製した試験体にｉ線ｓｔｅｐｐｅｒ  ｉＺ+（ＣＡＮＯＮ製）により、３６５ｎｍの紫外線を３０，０００Ｊ/ｍ２、照射し、Ｂｌｅａｃｈｉｎｇを行い、１２０℃、９分の熱処理を加えたもの３種類のオンチップカラーフィルタ４の緑色フィルタ部試験体を得た。
【００２４】
未処理の平坦化膜３であるＰＬ２（ＭＦＲ５１１Ｈ（ＪＳＲ製）、平坦化膜３に熱処理、平坦化膜３に熱処理と光照射を行った３種類分光特性、並びに、平坦化膜あるＰＬ２（ＭＦＲ５１１Ｈ（ＪＳＲ製）をコートしたカラーフィルタ４の、緑色フィルタ部試験体３種類の分光特性を図１に示す。平坦化膜３に関しては、熱処理及び熱処理と光照射を行うことにより、４００から５００ｎｍの青領域の透過率が上昇して行くことが分かった。
【００２５】
また、平坦化膜であるＰＬ２（ＭＦＲ５１１Ｈ（ＪＳＲ製）をコートした、カラーフィルタ４の緑色フィルタ部試験体３種類の分光特性を見ると、同様に透過率の上昇があり、波長が短い部分の半値となる波長が短波長側にずれて行くことが分かった。
【００２６】
ここでいう半値とは、図１の分光曲線において、透過率が５０％と、なる波長であり、光の３原色である赤・緑・青（ＲＧＢ）のフィルタの場合、短波長側と長波長側の２箇所に半値の波長を測定することにより、特性の管理を行っている。
【００２７】
平坦化膜であるＰＬ２（ＭＦＲ５１１Ｈ（ＪＳＲ製）をコートした緑色フィルタ部試験
体３種類の分光特性の、透過率のピーク値とピーク値の透過率の値が半分となる波長を表１に示す。
【００２８】
平坦化膜であるＰＬ２（ＭＦＲ５１１Ｈ（ＪＳＲ製））をコートし、９０℃、９０秒間加熱硬化させた状態では、透過率のｐｅａｋ値は７７％であり、半値（短波長側）は４９２ｎｍであった。さらに、１２０℃、９分の熱処理を行うと、透過率のｐｅａｋ値は８３％と上昇すると共に、半値(短波長側)は４８６ｎｍと短波長側にシフトしたが、この時の長波長側の半値は５８８ｎｍから５８９ｎｍとほぼシフトしない。
【００２９】
また、平坦化膜３であるＰＬ２（ＭＦＲ５１１Ｈ（ＪＳＲ製））をコートし、９０℃、９０秒間加熱硬化させ後、ｉ線ｓｔｅｐｐｅｒであるＣＡＮＯＮ製のｉＺ+を用い、ｉ線（波長：３６５ｎｍ）の光を３０，０００Ｊ/ｍ２照射してＢｌｅａｃｈｉｎｇを行った。透過率のｐｅａｋ値は８７％と、透過率はさらに上昇、半値(短波長側)は４８３ｎｍと、これも短波長側にシフトしたが、この時の長波長側の半値は５９０ｎｍと、こちらもほぼシフトしない。
【００３０】
すなわち、受光素子及び着色膜上に、平坦化膜３、マイクロレンズ２が設けられた固体撮像素子に、熱処理、光照射あるいは熱処理と光照射することにより、透過率や半値(短波長側)を変えられることが分かり、この手法を用いれば、半値の長波長側をほぼ一定として、短波長側の半値をコントロールすることが可能であることが分かった。
【００３１】
従来は、それぞれの用途、品種に対する要求特性に合わせ、着色組成物を開発し、露光現像で指定の分光特性を得ていたため、コーターデバイスの制約や、着色組成物、開発費用、期間がかかるなどの問題があったが、本発明により、着色組成物の開発を行うことなく、コーターデバイスの制約もなく、容易に要求特性を得ることができる。
【符号の説明】
【００３２】
１・・・光
２・・・マイクロレンズ
３・・・平坦化膜
４・・・カラーフィルタ
５・・・遮光膜
６・・・電極
７・・・シリコンウェハ
８・・・受光素子
１１・・・ＰＬ２塗膜の分光特性
１２・・・熱処理（１２０℃、９ｍｉｎ）行ったＰＬ２塗膜の分光特性
１３・・・さらにＢｌｅａｃｈｉｎｇ（３０，０００Ｊ／ｍ２）を行った
ＰＬ２塗膜の分光特性
２１・・・受光素子上にグリーン着色塗膜をコートし、さらに
ＰＬ２塗膜を積層したときの分光特性
２２・・・受光素子上にグリーン着色塗膜をコートし、さらにＰＬ２塗膜を積層し、
熱処理（１２０℃、９ｍｉｎ）行ったときの分光特性
２３・・・受光素子上にグリーン着色塗膜をコートし、さらにＰＬ２塗膜を積層し、
熱処理（１２０℃、９ｍｉｎ）とＢｌｅａｃｈｉｎｇ
（３０,０００Ｊ／ｍ２）を行ったときの分光特性
【図１】
0005978608.tif 000002
【図２】
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【図３】
0005978608.tif 000004