(57)【要約】【課題】  カラーフィルタの薄膜化を実現するためのカラーフィルタ材料、カラーフィルタの製造方法、およびそのカラーフィルタを備えた薄型で高感度のイメージセンサを提供する。【解決手段】  カラーフィルタ材料５〜７は、感光性機能を有する染料を含む。その硬化反応は、ラジカル重合、カチオン重合およびアニオン重合のいずれであってもよい。カラーフィルタ１５〜１７の製造方法は、土台に感光性機能を有する染料を含むカラーフィルタ材料層５〜７を塗布形成する工程と、カラーフィルタ材料層５〜７の上方から所定領域を露光する工程と、現像液により所定領域外のカラーフィルタ材料層５〜７を除去して、所定領域にカラーフィルタ１５〜１７を形成する工程とを含む。【選択図】  図３
2005234177.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
感光性機能を有する染料を含む
ことを特徴とするカラーフィルタ材料。
【請求項２】
感光性機能を有する染料を含む
ことを特徴とするカラーフィルタ。
【請求項３】
請求項２記載のカラーフィルタを備える
ことを特徴とするイメージセンサ。
【請求項４】
カラーフィルタの製造方法であって、
土台に、請求項１記載のカラーフィルタ材料の層を塗布形成する工程と、
前記層の上方から所定領域を露光する工程と、
現像液により、前記所定領域外の前記層を除去して、前記所定領域にカラーフィルタを形成する工程とを含む
ことを特徴とするカラーフィルタの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、染料を含むカラーフィルタ材料、カラーフィルタ、その製造方法およびイメージセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
イメージセンサに搭載されるカラーフィルタを製造する方法には、染色法、電着法、印刷法、顔料分散法が現在使用されている。
その製造方法の一つである染色法は、ゼラチン、グリュー、カゼイン等の天然樹脂あるいはアミン変成ポリビニルアルコール等の合成樹脂からなる染色基材を酸性染料等の染料で染色してカラーフィルタを製造する方法で、分光特性や色純度に優れる。しかし、製造の際、染色および固着特性を均一にコントロールすることが難しいため色むらが発生しやすい、また染色に際して防染工程を必要とし工程が煩雑である等の問題点がある。
【０００３】
特許文献１に開示された技術では、解像性、形状、耐熱性、耐光性、分光特性に優れたカラーフィルタを製造するため、O-アシルオキシム基を含む光重合開始剤を使用した感光性樹脂組成物と染料を攪拌、溶解し得られたネガ型着色感光性組成物を用いている。
【０００４】
このネガ型感光性組成物は、O-アシルオキシムを含む光重合開始剤が重合開始時に酸素阻害を受けにくいため、例えば液晶表示素子や電荷結合素子におけるカラーフィルタを形成する際に、表面荒れが少なく、解像性に優れた、しかも染料の泣き出しが少ないカラーフィルタを形成することができる。
【０００５】
なお、特許文献１では調整例の一つとして、バインダーポリマーとしてポリビニルピロリドン（ＢＡＳＦ製）０．１７ｇ、光重合性モノマーとしてカヤラッドＤＰＨＡ（日本化薬製）０．１７ｇ、光重合開始剤に１−（４−フェニルスルファニルフェニル）ブタン−１，２−ジオン−２−オキシム−Ｏ−ベンゾアート０．０８ｇ、染料にネオザポンブルー８０７（ＢＡＳＦ製）０．１５ｇ、乳酸エチル３ｇを混合したネガ型感光性組成物を用いている。
【０００６】
また、有機溶剤は、ネガ型着色感光性組成物の成分であるバインダーポリマー、光重合性モノマーあるいはオリゴマー、光重合開始剤、染料を溶解することが好ましい。使用可能な有機溶剤としては例えば、ベンゼン、トルエン、キシレン等のベンゼン類、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ等のセロソルブ類、メチルセロソルブアセテート、エチルセロソルブアセテート、ブチルセロソルブアセテート等のセロソルブ酢酸エステル類、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノブチルエーテルアセテート等のプロピレングリコールモノアルキルエーテル酢酸エステル類、メトキシプロピオン酸メチル、メトキシプロピオン酸エチル、エトキシプロピオン酸メチル、エトキシプロピオン酸エチル等のプロピオン酸エステル類、乳酸メチル、乳酸エチル、乳酸ブチル等の乳酸エステル類、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル等のジエチレングリコール類、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル等の酢酸エステル類、ジメチルエーテル、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル類、アセトン、メチルエチルケトン、メチルブチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン類等があげられる。
【特許文献１】特開２００２−３２３７６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の技術では後述するように、カラーフィルタの薄膜化が困難であるという問題がある。
従来技術においては、染料は、他にバインダーとなる樹脂、溶剤、熱硬化剤、光硬化開始剤、充填剤、添加剤等からなるカラーフィルタ材料の一部として、溶け込んでいる。従って、カラーフィルタの薄膜化を実現するためには、カラーフィルタ材料中の染料の割合を増加させ、樹脂の割合を減少させる必要がある。しかし、ある程度以上染料の割合を増加させると、熱硬化剤や光硬化開始剤を増加させたとしても十分に硬化しないという現象が発生するため、現状では、染料の割合を約４０重量％以上に増加させたカラーフィルタ材料を用いてカラーフィルタを製造することは、実現が極めて困難である。そのため、現状ではイメージセンサに搭載されるカラーフィルタの厚さは約１μｍ程度が限界となっており、イメージセンサの薄型化、微細化ならびに高感度化の障害となっている。
【０００８】
特に、グリーン用のフィルタを形成する場合、従来技術では十分な分光特性を得ようとすると染料の量が多すぎて硬化しないため１層で構成できず、イエローとシアンの２層フィルタの積層構造により形成されている場合もある。その２層構造のためフィルタの厚さが大きくなっている。
【０００９】
そこで本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、カラーフィルタの０．８μｍ以下程度の薄膜化を実現するためのカラーフィルタ材料、カラーフィルタの製造方法、およびそのカラーフィルタを備えた薄型で高感度のイメージセンサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するために、本発明に係るカラーフィルタ材料は、感光性機能を有する染料を含むことを特徴とする。
また、本発明に係るカラーフィルタは感光性機能を有する染料を含むことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係るカラーフィルタの製造方法は、土台に、前記カラーフィルタ材料の層を塗布形成する工程と、前記層の上方から所定領域を露光する工程と、現像液により、前記所定領域外の前記層を除去して、前記所定領域にカラーフィルタを形成する工程とを含むことを特徴とする。
【００１２】
このように、染料自体に感光硬化性の反応基を有するものを用いることにより、感光によってこの染料による重合の連鎖反応が進み硬化するので、従来技術においてカラーフィルタ材料として必須であるバインダーがほとんど不要となり、その不要となるバインダーの分だけ厚さが薄いカラーフィルタが形成できる。
【００１３】
また、本発明に係るイメージセンサは、前記カラーフィルタを備えることを特徴とする。
これにより、イメージセンサ全体の厚さを薄く形成することができるので、イメージセンサの高感度化も達成される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係るカラーフィルタ材料およびカラーフィルタの製造方法は、カラーフィルタの薄膜化を実現でき、さらにそのカラーフィルタを備えた薄型で高感度のイメージセンサを実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を用いて本発明の最良の実施の形態について説明する。
（実施の形態１）
本発明に係るカラーフィルタ材料は、感光性機能を付加させた染料を含むカラーフィルタ材料であって、その感光性硬化反応は、ラジカル重合、カチオン重合、およびアニオン重合のいずれであってもよい。
【００１６】
ラジカル重合を利用する場合の材料例としては、アクリル系では、染料Ｒにアクリロイル基を付加した化合物、すなわち、
Ｒ−ＣＯ−ＣＨ＝ＣＨ２
や、メタアクリロイル基を付加した化合物、すなわち、
Ｒ−ＣＯ−Ｃ（ＣＨ３）＝ＣＨ２
を用いることができる。また、非アクリル系では、マレイミド基をもつ化合物、エンチオール化合物などを用いることができる。
【００１７】
このような感光性機能を付加させた染料と光硬化開始剤を含んだカラーフィルタ材料に光が照射されると、感光性機能を付加させた染料がラジカル状態となり、重合の連鎖反応が進んで硬化する。すなわち、バインダーを用いることなく、染料を含んだ重合体を得ることができる。
【００１８】
また、カチオン重合を利用する場合の材料例としては、エポキシ系化合物、オキセタン系化合物、ビニールエーテル化合物、プロペニルエーテル化合物などがあげられる。
【００１９】
また、アニオン重合を利用する場合の材料例としては、エポキシ化合物などがあげられる。
さらに、光硬化のみならず、熱硬化と一体化したデュアル硬化系のカラーフィルタ材料であってもよい。すなわち、カラーフィルタ材料に熱硬化剤を含ませれば、熱硬化のための温度を約２００℃に設定することにより、熱硬化剤の硬化でさらに硬化反応が促進されてカラーフィルタを形成することができる。
【００２０】
このように、本発明に係るカラーフィルタ材料によれば、染料自体に感光硬化性の反応基をもたせることにより、感光によって染料による重合の連鎖反応が進んで硬化するので、従来技術においてカラーフィルタ材料として必須であるバインダーがほとんど不要となり、そのバインダーの分だけ厚さが薄いカラーフィルタが形成できる。すなわち、カラーフィルタ材料における染料の割合を約５０重量％以上にもすることができるので、カラーフィルタの０．８μｍ以下程度の薄膜化を実現できる。
【００２１】
特に、グリーン用のフィルタを形成する場合、従来技術では十分な分光特性を得ようとすると染料の量が多すぎて硬化しないため１層で構成できず、イエローとシアンの２層フィルタの積層構造により形成されている場合もある。その２層構造のためフィルタの厚さが大きくなり、さらにイメージセンサの厚さが大きくなってしまうという問題がある。しかし、本発明に係るカラーフィルタ材料を用いることにより、グリーン用のフィルタを容易に製造できる。すなわち、グリーン用のフィルタの単色化が可能になる。これにより、イメージセンサの薄膜化が可能になり、高感度化が実現できる。
【００２２】
（実施の形態２）
図１は、本発明の実施の形態２に係るイメージセンサの単位画素の断面図である。図１に示すように、本実施の形態２に係る単位画素１００は、半導体基板５１、フォトダイオード５４、遮光膜や配線等を含む層５２、平坦化するための透明膜５９、本発明に係るカラーフィルタ６３、平坦化膜６４および入射光を集光するためのオンチップマイクロレンズ６５を備える。
【００２３】
イメージセンサとしては、半導体基板５１には複数のフォトダイオード５４が等間隔にマトリクス状に形成されている。フォトダイオード５４は、図１の上方から入射してくる光６９のうちフォトダイオード５４に到達する光の強度に応じた電荷量を有する信号電荷を発生する。また、複数のフォトダイオード５４の間を覆うように遮光膜や配線等を含む層５２が形成されている。層５２はフォトダイオード５４上部に開口部を有しており、フォトダイオード５４に光を入射させる。
【００２４】
また、層５２およびフォトダイオード５４の開口部上には、透明膜５９が形成されている。透明膜５９は、電気絶縁性を有し、例えば、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により成膜されるＢＰＳＧ（Boron Phosphorous Silicon Glass）膜、または塗布により成膜される樹脂膜により形成されている。透明膜５９上であって、開口部上の領域には、本発明のカラーフィルタ６３が形成されている。カラーフィルタ６３は、イメージセンサにおいて例えばＲＧＢ用のものが所定の配列で各フォトダイオード５４に対応させるように配置させて、マトリクス状に形成されている。
【００２５】
カラーフィルタ６３の上部には、透明膜６４が形成されている。透明膜６４の上部には、各フォトダイオード５４に対応させて、オンチップマイクロレンズ６５がマトリックス状に形成されている。オンチップマイクロレンズ６５は上方から入射してくる光６９をフォトダイオード５４に集光させる。
【００２６】
なお、透明膜６４には、後述する製造工程におけるカラーフィルタ６３の色抜け防止のため、アクリル樹脂などの耐溶剤性を有するものが望ましい。また、紫外線をカットする膜であれば、カラーフィルタ６３に紫外線が照射して劣化していくのを防ぐことができる。
【００２７】
図２は、本発明の実施の形態２に係るイメージセンサにおけるカラーフィルタの配列の一例を示す図である。図に示すように、イメージセンサ２００においては、市松状に「Ｇ」で示すＧｒｅｅｎのフィルタパターンが形成され、Ｇｒｅｅｎフィルタパターン以外の領域に「Ｒ」で示すＲｅｄフィルタパターン、および「Ｂ」で示すＢｌｕｅフィルタパターンを交互に配置して形成されている。
【００２８】
また、ＲＧＢの代わりに、Ｃｙａｎ、Ｙｅｌｌｏｗ、Ｍａｇｅｎｔａからなる色フィルタ層を受光素子領域に所定の配置でそれぞれ対応させて形成してもよい。また、遮光パターンの形状を格子状として説明したが、ストライプ状に形成してもよい。
このように、本発明に係るカラーフィルタを用いることで、単位画素、さらにはイメージセンサの厚さを薄く形成することができる。
【００２９】
（実施の形態３）
図３は、本発明の実施の形態３に係るカラーフィルタの製造方法を説明するための図である。ここでは、イメージセンサ用の３種類（ＲＧＢ）のカラーフィルタの製造方法を例として説明する。
【００３０】
図３（ａ）に示すように、受光部（フォトダイオード）２が形成された半導体基板１の上部に、受光部２の開口部を避けるように配線等を含む層３が形成され、さらに、それらの上部に平坦層（透明膜）４が形成されている。その後、平坦層４の上部に、本発明に係る第１のカラーフィルタ材料５がスピン塗布される。次に、図３（ｂ）に示すように、その上部に第１のカラーフィルタの形成領域を定めるフォトマスク８を設定し、その上方から紫外線（i線）照射によりパターンを露光する。これにより、所定領域内の第１のカラーフィルタ材料５のみが硬化する。次に、アルカリ現像液によって現像し、所定領域外の第１のカラーフィルタ材料５をアルカリ現像液によって除去して、第１のカラーフィルタ１５を形成する。このようにして、図３（ｃ）に示すように、所定の位置に第１のカラーフィルタ１５が形成される。
【００３１】
さらに、第１のカラーフィルタ１５とは別の種類の第２のカラーフィルタを形成するために、図３（ｄ）に示すように、その上部に本発明に係る第２のカラーフィルタ材料６がスピン塗布される。次に、図３（ｅ）に示すように、第２のカラーフィルタの形成領域を定めるフォトマスク８を設定し、その上方から紫外線照射によりパターンを露光する。これにより、所定領域内の第２のカラーフィルタ材料６のみが硬化する。次に、アルカリ現像液によって現像し、所定領域外の第２のカラーフィルタ材料６をアルカリ現像液によって除去して、第２のカラーフィルタ１６を形成する。このようにして、図３（ｆ）に示すように、所定の位置に第２のカラーフィルタ１６が形成される。
【００３２】
さらに、第３のカラーフィルタを形成するために、図３（ｇ）に示すように、その上部に本発明に係る第３のカラーフィルタ材料７がスピン塗布される。次に、図３（ｈ）に示すように、第３のカラーフィルタの形成領域を定めるフォトマスク８を設定し、その上方から紫外線照射によりパターンを露光する。これにより、所定領域内の第３のカラーフィルタ材料７のみが硬化する。次に、アルカリ現像液によって現像し、所定領域外の第３のカラーフィルタ材料７をアルカリ現像液によって除去して、第３のカラーフィルタ１７を形成する。このようにして、図３（ｉ）に示すように、所定の位置に第３のカラーフィルタ１７が形成される。その後、各カラーフィルタ１５〜１７の上部にはそれぞれマイクロレンズが形成されて、イメージセンサが完成する。
【００３３】
なお、スピン塗布は、印刷であってもシートを用いた方法でもよい。
このように、本発明に係るカラーフィルタの製造方法によれば、薄膜のカラーフィルタを製造することができるので、さらにはイメージセンサの厚さを薄く形成することができる。
【００３４】
（実施の形態４）
図４は、本発明の実施の形態４に係るカラーフィルタの製造方法を説明するための図である。ここでは、液晶用の用途として、カラーフィルタが形成されたガラス基板の形成の例を説明する。
【００３５】
まず、図４（ａ）に示すように、土台となるガラス基板７１の上部に本発明に係るカラーフィルタ材料７２をスピン塗布する。次に、図４（ｂ）に示すように、カラーフィルタの形成領域を定めるフォトマスク７８を設定し、その上方から紫外線照射によりパターンを露光する。これにより、所定領域内のカラーフィルタ材料７２のみが硬化する。次に、アルカリ現像液によって現像し、所定領域外のカラーフィルタ材料７２をアルカリ現像液によって除去して、図４（ｃ）に示すように、所定の位置にカラーフィルタ７３を形成する。
【００３６】
なお、説明を行ったようなパターンを設定せずに全面にカラーフィルタを形成することももちろん可能である。
このように、本発明に係るカラーフィルタの製造方法によれば、液晶用の薄膜のカラーフィルタを製造することができる。
【００３７】
以上、本発明の実施の形態に基づいて説明を行ったが、本発明の適用例はこれらの実施の形態に限定されるものではない。
【００３８】
例えば上述したように、カラーフィルタ材料を構成する際、カラーフィルタを形成する工程における特性やカラーフィルタの硬化性を向上する目的で、樹脂、溶剤、熱硬化剤、光硬化開始剤、充填剤、添加剤などを加えてもよい。
【００３９】
また、露光工程で用いる紫外線についてはi線、ｇ線、ｈ線、またはこれらの混合でもよい。また、その他の波長の紫外線や電子線であってもよい。さらに、使用する染料は補色でも原色でもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明に係るカラーフィルタ材料、カラーフィルタおよびその製造方法は、ＣＣＤ、ＭＯＳセンサ等に搭載されるカラーフィルタに適用可能である。さらに、デジタルビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、カメラ付携帯電話等に搭載されるイメージセンサ、および液晶用のカラーフィルタに適用でき、産業上有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施の形態２に係るイメージセンサの単位画素の断面図である。
【図２】本発明の実施の形態２に係るイメージセンサにおけるカラーフィルタの配列の一例を示す図である。
【図３】（ａ）〜（ｉ）は、本発明の実施の形態３に係るカラーフィルタの製造方法を説明するための図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施の形態４に係るカラーフィルタの製造方法を説明するための図である。
【符号の説明】
【００４２】
１、５１  半導体基板
２、５４  フォトダイオード
３、５２  配線層等
４、５９  透明膜
５〜７、７２  カラーフィルタ材料
８、７８  フォトマスク
１５、１６、１７、６３、７３  カラーフィルタ
６４  透明膜
６５  オンチップマイクロレンズ
６９  入射光線
７１  ガラス基板
１００  単位画素
２００  イメージセンサ
【図１】
2005234177.tif 000003
【図２】
2005234177.tif 000004
【図３】
2005234177.tif 000005
【図４】
2005234177.tif 000006