CN101809470A

CN101809470A - 制造滤色器阵列的方法

Info

Publication number: CN101809470A
Application number: CN200880108599A
Authority: CN
Inventors: J·费森; C·鲍尔
Original assignee: Eastman Kodak Co
Current assignee: Eastman Kodak Co
Priority date: 2007-09-26
Filing date: 2008-09-09
Publication date: 2010-08-18
Anticipated expiration: 2028-09-09
Also published as: US20100260929A1; CN101809470B; JP2010541000A; EP2193391A1; GB0718841D0; WO2009040498A1

Abstract

一种用于制造滤色器阵列和大气阻挡层的方法，包括步骤：将半反射材料层涂敷到衬底上、气相沉积本质上透明的层以便在半反射层的顶部上形成具有一厚度的光干涉层和一个或多个阶段，每个阶段包括：通过在光干涉层上进行印刷而生成图案化层、在整个图案化层上气相沉积本质上透明的层以便在与第一或前一光干涉层组合时提供光干涉层、用溶剂去除图案化层。然后，在最后的光干涉层之上涂敷第二层半反射材料。

Description

制造滤色器阵列的方法

技术领域

本发明涉及特别地通过气相沉积来制造滤色器阵列的方法。

背景技术

滤色器阵列在照相机后部的光传感器和显示器中找到应用。在显示器中，滤色器阵列CFA被配准地设置在白光像素前面以允许观看颜色。在诸如在照相机中使用的那些传感器的传感器中，在全色传感器的前面使用CFA以允许检测颜色。CFA通常是布置成图案的红色、绿色和蓝色区域的阵列。在数字式照相机中使用的常见阵列是拜耳(Bayer)图案阵列。每种颜色的分辨率通过使用2×2单元而被尽可能少地降低，并且在三种颜色中，绿色是被选为在每个单元中被感测两次的颜色，因为其为对于眼睛而言最敏感的颜色。

在显示器上可以使用类似阵列。例如，US 4877697描述了用于液晶显示器(LCD)的阵列且US 2007/0123133描述了用于OLED装置的阵列。

可以以多种方式来制造阵列，包括喷射彩色墨、以摄影方式、使用光刻法、使用彩色墨等等。另一种方法是制造干涉滤光器，或法布里-珀罗腔，该法布里-珀罗腔具有尺寸被选择为反射特定颜色的光的腔体。在该腔体后面是反射器，其可以是平滑金属涂层，或是由具有不同折射率的交替材料层组成的布拉格反射器。此类滤光器将根据入射角和观察的角度而反射不同颜色的光。然而，通过仔细地选择布拉格反射器中的层的相对厚度，可以减少颜色随着视角的变化而变化的量。

诸如OLED的某些装置对空气敏感且必须被密封以阻挡空气和水分。这样做的一种方法是用薄的无机金属氧化物涂敷阵列。这在CA2133399中有所描述。

化学气相沉积(CVD)和原子层沉积(ALD)是用于将薄材料层、尤其是金属氧化物布置到衬底上的技术。

化学气相沉积是用来生产高纯度、高性能固体材料的化学工艺。此工艺常常在半导体工业中用来生产半导体和电介质的薄膜。在典型的CVD工艺中，将衬底暴露于一个或多个挥发性前体，该挥发性前体在衬底表面上起反应和/或分解以产生期望的沉积。

原子层沉积是将材料的共形薄膜沉积到变化的组合物的衬底上的自限性连续表面化学作用。ALD在化学中类似于CVD，不同的是ALD反应将CVD反应分成两个或更多部分反应，在反应序列期间保持前体材料分开。

ALD可以用来沉积从导体到绝缘体的包括各种陶瓷在内的多种薄膜。

在制造部件时，通常必须将布置的材料图案化。为此，存在已记录的多种方式：

沉积均匀的材料层并使用光刻法来使用所选的适当蚀刻剂蚀刻掉层的不想要的部分，使得不损坏装置的其余部分。

将光致抗蚀剂放置到衬底上并使用传统平版印刷法形成此抗蚀剂中的轮廓的图像。可选地，处理此抗蚀剂并随后使用CVD或ALD在顶部之上涂敷一层。刮削抗蚀剂之上的涂层的顶部并用适当的溶剂进行处理以去除抗蚀剂-该溶剂通过刮削渗透。在抗蚀剂已经溶解的地方，涂层掉落。

将掩膜涂覆于衬底，将该掩膜图案化，使用ALD或CVD来在图案化掩膜上涂敷一层，并随后以机械方式去除掩膜(参见WO2006/111766)。

使用ALD并找出特定用于生长机制的抑制剂并将其印刷(参见US7030001)。

第一种方法依赖于光刻法的相对复杂的程序。这是通常由旋涂抗蚀剂、烘焙抗蚀剂、使抗蚀剂曝光、烘焙抗蚀剂、使抗蚀剂显影、洗涤并随后将其干燥的步骤组成的多步工艺。在第三种方法中，在将掩膜涂敷到衬底上之后将其图案化。这可以使用光致抗蚀剂法或者可能更方便地通过用经适当调谐的激光器烧蚀掩膜来实现。

本发明要解决的问题

需要提供一种也可以充当阻挡层的图案化CFA层。

发明内容

根据本发明，提供了一种制造滤色器阵列和大气阻挡层的方法，包括步骤：将半反射材料层涂敷到衬底上、气相沉积本质上透明的层以便在半反射层的顶部上形成具有一厚度的光干涉层和一个或多个阶段，每个阶段包括：通过在光干涉层上进行印刷而生成图案化层、在整个图案化层上气相沉积本质上透明的层以便在与第一或前面的光干涉层组合时提供光干涉层、用溶剂去除图案化层；以及在最后的光干涉层之上涂敷第二层半反射材料。

本发明的有利效果

本发明提供一种硬的防水不透气滤色器阵列。其消除了对具有至少两个单独部件、即滤色器阵列、气体阻挡层和可能的单独防刮层的需要。作为单个装置，其制造起来更快且需要更少的组装劳动。

附图说明

现在将参照附图来描述本发明，在附图中：

图1是描述在本发明中使用的原子层沉积工艺的步骤的流程图；

图2是可以在本工艺中使用的用于原子层沉积的分配歧管的实施例的横截面侧视图；

图3是将气态材料分配到经受薄膜沉积的衬底的实施例的横截面侧视图；

图4A和4B是示意地示出随附沉积操作的气态材料的分配的实施例的横截面图；

图5A和5B举例说明用来产生滤色器阵列的图案；以及

图5C举例说明最终的简单滤色器阵列。

具体实施方式

图1是用于实施本发明的工艺的一般步骤图。使用两种反应气体，即第一分子前体和第二分子前体。从气源供应气体且可以例如经由分配歧管将其传送到衬底。可以使用用于向分配歧管提供气态材料的计量和阀门装置。

如步骤1所示，提供用于系统的气态材料的连续供应以便在衬底上沉积材料的薄膜。依次应用序列15中的步骤。在步骤2中，对于衬底的给定区域(称为通道(channel)区域)，引导第一分子前体或反应性气态材料在衬底的通道区域上在第一通道中横向地流动并与之反应。在步骤3中，发生衬底与系统中的多通道流的相对运动，其设定步骤4的阶段，在步骤4中，在给定通道区域上发生具有惰性气体的第二通道(净化(purge))流动。然后，在步骤5中，衬底与多通道流的相对运动设定步骤6的阶段，在步骤6中，对给定通道区域经历原子层沉积，在原子层沉积中，第二分子前体现在在衬底的给定通道区域上横向地流动(基本上平行于衬底的表面)并与衬底上的前一层进行反应而产生(在理论上)期望材料的单层。在此类工艺中，第一分子前体常常是气体形式的含金属的化合物(例如，诸如四氯化钛的金属化合物)且沉积的材料是含金属的化合物。在此类实施例中，所述第二分子前体可以是例如非金属氧化化合物或水解化合物，例如水。

在步骤7中，衬底与多通道流的相对运动随后设定步骤8的阶段，在步骤8中，再次使用惰性气体，这次将来自前一步骤6的过量的第二分子前体从给定通道区域上扫除。在步骤9中，再次发生衬底与多通道的相对运动，其设定用于重复序列的阶段，返回到步骤2。将此循环重复形成期望的膜或层所需的次数。可以针对衬底的给定区域重复所述步骤，该给定区域对应于被流通道覆盖的区域。同时，在步骤1中向各通道供应必要的气态材料。与图1中的方框15的序列同时，同时地处理其它邻近的通道区域，这导致并行的多个通道流，如在整体步骤11中所指示的那样。

第二分子前体的主要目的是朝着与第一分子前体的反应性往回调节衬底表面。第二分子前体还提供作为分子气体的材料以与表面处的一种或多种金属化合物进行组合，用最新沉积的含金属前体形成诸如氧化物、氮化物、硫化物等的化合物。

连续的ALD净化不需要使用真空净化来在将分子前体涂敷于衬底之后将其去除。

假设使用两种反应气体AX和BY，当供应反应气体AX流且其在给定衬底区域上流动时，反应气体AX的原子在衬底上以化学方式被吸收，得到一层A和配位体X的表面(缔合化学吸附)(步骤2)。然后，用惰性气体来净化其余反应气体AX(步骤4)。然后，发生反应气体BY的流动以及AX(表面)与BY(气体)之间的化学反应，得到衬底上的AB的分子层(解离化学吸附)(步骤6)。净化其余气体BY和反应的副产物(步骤8)。可以通过重复该工艺循环(步骤2～9)来增大薄膜的厚度。

由于所述膜可以每次沉积一个单层，所以其趋向于是共形的且具有均匀厚度。

现在参照图2，示出了可以在到衬底20上的原子层沉积的本工艺中使用的分配歧管10的一个实施例的横截面侧视图。分配歧管10具有用于接受第一气态材料的进气口14、用于接受第二气态材料的进气口16、以及用于接受第三气态材料的进气口18。经由具有随后描述的结构布置的输出通道12在输出面36处发出这些气体。图2中的箭头指代气态材料的扩散传输，而不是从输出通道接收到的流。该流基本上被引导到图的页面之外。

进气口14和16适合于接受依次在衬底表面上反应而实现ALD沉积的第一和第二气体，且进气口18接收相对于所述第一和第二气体而言是惰性的净化气体。分配歧管10与提供在在衬底支持物上的衬底20相隔距离D。可以通过衬底20的移动、通过分配歧管10的移动、或通过衬底20和分配歧管10两者的移动在衬底与分配歧管10之间提供往复运动。在图2所示的特定实施例中，如图2中的箭头R和衬底20左右侧的虚轮廓线所指示的，以往复方式使衬底20跨越输出面36移动。应注意的是，对于使用分配歧管10的薄膜沉积而言，并不总是需要往复运动。还可以提供衬底20与分配歧管10之间的其它类型的相对运动，诸如衬底20或分配歧管10沿着一个或多个方向的移动。

图3的横截面图示出在分配歧管10的正面36的一部分上发出的气体流。在此特定布置中，每个输出通道12与图2所示的进气口14、16或18之一气流相通。每个输出通道12通常传送第一反应气态材料O、或第二反应气态材料M、或第三惰性气态材料I。

图3示出相对基本或简单的气体布置。可能的是，在薄膜的单次沉积中可以在各端口处依次传送多种非金属沉积前体(例如材料O)或多种含金属前体材料(例如材料M)。或者，当制造例如具有交替的金属层或具有混合在金属氧化物材料中的较少量的掺杂剂的复合薄膜时，可以在单个输出通道处应用金属前体材料的混合物或金属与非金属前体的混合物。关键要求是标记为I的惰性流应将其中气体可能相互反应的任何反应通道分离开。第一和第二反应气态材料O和M相互反应而实现ALD沉积，但反应气态材料O和M均不与惰性气态材料I反应。

图4A和4B的横截面图以简图的形式示出在传送反应气态材料O和M时随着衬底20沿着分配歧管10的输出面36通过而执行的ALD涂敷操作。在图4A中，衬底20的表面首先从被指定为传送第一反应气态材料O的输出通道12接收氧化材料。衬底的表面现在包含部分反应形式的材料O，其易于与材料M的反应。然后，随着衬底20进入第二反应气态材料M的金属化合物的路径，发生与M的反应，形成可以由两种反应气体材料形成的金属氧化物或某些其它薄膜材料。

如图4A和4B所示，在第一反应气态材料O和第二反应气态材料M的流之间，在每隔一个输出通道12中提供惰性气态材料I。连续的输出通道12是相邻的，也就是说共享在所示实施例中由分隔物22形成的共同边界。这里，由垂直于衬底20的表面延伸的分隔物22来限定输出通道12并将其相互分离。

值得注意的是，不存在散布在输出通道12之间的真空通道，亦即在传送气态材料的通道的任一侧不存在用以吸取所述分隔物周围的气态材料的真空通道。此有利的紧凑布置由于所使用的创新气流而成为可能。与针对衬底施加基本上垂直(亦即竖直)的气流且随后应沿着相反的垂直方向抽出废气的早期工艺的气体传送阵列不同，分配歧管10沿着每个反应气体和惰性气体的表面引导气流(在一个实施例中优选地基本上为层状)并以不同的方式处理废气和反应副产物。沿着衬底表面的平面且一般而言平行于该平面引导在本发明中使用的气流。换言之，气体的流动基本上横穿衬底的平面而不是垂直于正在处理的衬底。

上述方法和装置是可以在本发明中使用的气相沉积工艺的一个示例。本发明使用化学气相沉积同样很好地工作。

示例

在所有示例中，使用与上述装置类似的装置来执行ALD/CVD涂敷。涂敷二氧化钛或氧化铝。对于二氧化钛，四氯化钛在一个起泡器中而水在另一起泡器中。对于氧化铝，庚烷中的三甲基铝的1M溶液在一个起泡器中而水在另一起泡器中。

对于这两种氧化物而言，通过起泡器的运载气体的流速是50ml/min(毫升/分钟)。稀释的运载气体的流速对于水反应物而言是300ml/min而对于四氯化钛而言是150ml/min。惰性分离气体的流速是2l/min(升/分钟)。在所有示例中，将氮气用作运载气体。执行校准以确定对于两种氧化物而言厚度对比衬底振荡的数目的比值。

示例1

通过ALD和喷墨印刷的P604A的组合、通过印刷含氟聚合物方块以充当用于ALD层的抗蚀剂来制造简单的滤色器阵列。首先通过真空蒸镀将62×62×1mm的载玻片涂敷上铝的薄层，接下来，通过ALD沉积约200nm厚的氧化钛层。

如说明书中所述，制成25％的w/w Fluoropel(氟化聚合物)P604A+75％的全氟萘烷的混合物并将其加载到Dimatix喷墨印刷机中。如图5a所示，用充满墨的Dimatix打印机来印刷一排P604A的三个5mm方块。如图5b所示，接下来，在印刷含氟聚合物的其他的三个5mm方块以完成3×3矩阵之前将样本涂敷上约50nm厚的氧化钛层。在布置最后一层约50nm厚的氧化钛之后，使用HFE 7500溶剂并用戴有丁腈手套的手轻轻地摩擦来去除含氟聚合物。

示例2

使用PVP作为掩膜材料重复示例1。

制造简单的滤色器阵列。首先通过真空蒸镀将62×62×1mm的载玻片涂敷上铝的薄层，接下来通过ALD沉积约200nm厚的氧化钛层。

制成由10％的K30、10％的乙二醇和1％的Triton(三硝基甲苯)X-100组成的PVP喷墨油墨。添加后两种成分以帮助喷射。如图5a所示，用充满油墨的Dimatix打印机来印刷一排PVP油墨的三个5mm方块。如图5b所示，接下来，在印刷PVP油墨的其他的三个5mm方块以完成3×3矩阵之前将样本涂敷上约50nm厚的氧化钛层。在最后一层约50nm厚的氧化钛之后，通过在暖和的去离子水中浸渍并用戴有丁腈手套的手轻轻地摩擦来去除PVP油墨。

在此之上通过真空蒸镀来涂敷铝的薄层。结果非常类似于示例1中的结果，即如在图5C中以图解形式所示的三色CFA。

示例3

制造复杂滤色器阵列。

首先将62×62×1mm的载玻片涂敷上5层交替的氧化铝和二氧化钛层的“布拉格反射器”，所述5层中的每层约100nm厚，以低折射率氧化铝开始和结束。在此之上沉积约200nm厚的氧化钛层。

如本说明书中所述，制成25％的w/w Fluoropel(氟化聚合物)P604A+75％的全氟萘烷的混合物并将其加载到Dimatix喷墨印刷机中。如图5a所示，用充满油墨的Dimatix打印机来印刷一排P604A的三个5mm方块。如图5b所示，接下来，在印刷含氟聚合物的其他的三个5mm方块以完成3×3矩阵之前将样本涂敷上约50nm厚的氧化钛层。在最后一层约50nm厚的氧化钛之后，通过使用HFE 7500溶剂并用戴有丁腈手套的手轻轻地摩擦来去除含氟聚合物。

在此之上涂敷5层交替的氧化铝和二氧化钛层的另一“布拉格反射器”，所述5层中的每层约100nm厚，以低折射率氧化铝开始和结束。

结果是如在图5c中以图解形式所示的三色CFA，其类似于在示例1和2中实现的那些。

示例1和2使用铝作为半反射层。应理解的是，本发明不限于使用铝。可以使用任何其它适当的高反射性金属，诸如铬或银。

已参照本发明的优选实施例详细描述了本发明。本领域的技术人员应理解的是，在本发明的范围内可以实现变更和修改。

Claims

1.一种用于制造滤色器阵列和大气阻挡层的方法，包括步骤：将半反射材料层涂敷到衬底上、气相沉积本质上透明的层以便在半反射层的顶部上形成具有一厚度的光干涉层和一个或多个阶段，所述一个或多个阶段中的每个阶段包括：通过在所述光干涉层上进行印刷而形成图案化层、在整个图案化层上气相沉积本质上透明的层以便在与第一或前一光干涉层组合时提供光干涉层、用溶剂去除图案化层；以及在最后的光干涉层之上涂敷第二层半反射材料。

2.如权利要求1所述的方法，其中，在每个阶段去除所述图案化层。

3.如权利要求1所述的方法，其中，在最后的阶段之后去除所述图案化层。

4.如权利要求1、2或3所述的方法，其中，所述半反射层包括金属的薄涂层。

5.如权利要求4所述的方法，其中，所使用的金属是铝。

6.如权利要求1、2或3所述的方法，其中，所述半反射层包括多层层叠的布拉格反射器，所述布拉格反射器具有多层交替的具有高和低折射率的金属氧化物。

7.如权利要求1、2或3所述的方法，其中，所述半反射层包括多层层叠的布拉格反射器，所述布拉格反射器具有多层交替的具有高和低折射率的金属氧化物，其中，层厚度的比被最优化以减少随着变化的观察角度而发生的颜色变化。