微透镜装置及其制造方法

专利名称：微透镜装置及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种微透镜装置的制造方法，特别是涉及一种改善CMOS影 像感应器灵敏度的微透镜装置的制造方法。
背景技术：
微透镜阵列广泛运用在影像感应器技术中，例如电荷耦合装置 (charged coupling device; CCD)影像感应器以及互补式金氧半导体 (complimentary metal-oxide-semiconductor; CM0S)影像感应器。大体而 言，CCD、 CMOS及其他形式的微透镜阵列将光的图案(例如影像)转换成电荷 图案。
微透镜阵列通常借由在彩色滤光片或彩色滤光片阵列、介电层及/或其 他基材特征上形成的聚合物层进行图案化而形成。接着，进行其后的回流 制程及/或加热方法，以对图案化的聚合物层加热，借以产生出每一微透镜 所需的外型。光感应器形成于其下方的基材中，而每一微透镜则对准其下 方对应的光感应器。因此，入射至每一微透镜上的光线对焦于对应的光感 应器。
■彩色滤光片亦可设于微透镜阵列与下方光感应器阵列之间，如此一来， 经由每一微透镜对焦的入射光在传送到对应的光感应器之前，会先穿过彩 色滤光片。因此，可选择性阻止/允许特定波长或特定波长范围的光传到一 个以上的光感应器。彩色滤光片可为一个以上实质连续层，而每一层以横 向(与基板平行)实质延伸到整个微透镜阵列。另一种方式，彩色滤光片可 为分段或以其他方式细分成多个滤光片，而每一滤光片用来阻止/允许不同 波长的光。举例而言，这样的滤光片阵列可包括仅允许红光通过的滤光片、 仅允许绿光通过的其他滤光片以及仅允许蓝光通过的其他滤光片。
然而，在同一介质中传播时，由于蓝光波长约430nm，而绿光及红光的 波长分别为5S0腿及600腿，因此蓝光的折射率高于绿光及红光的折射率高 于。结果，光线一旦穿过彩色滤光片阵列时，产生的蓝光、绿光及红光在 沿着传播路径射向光感应器的折射量就会不同。这导致一种以上不同波长 的光不能正确对焦于光感应器上，可能会降低微透镜-光感应器装置的准确 度及可信度。

发明内容
本发明的主要目的在于，克服现有的微透镜阵列存在的缺陷，而提供 一种新的微透镜装置及其制造方法，所要解决的技术问题是使其改善CMOS 影像感应器灵敏度，从而更加适于实用。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据
本发明提出的一种微透镜装置的制造方法，其特征在于至少包含沉积一 微透镜材料层于一基材上，其中该基材中具有多个光感应器；对该微透镜 材料层的多个部分进行一曝光显影步骤，借以自该微透镜材料层定义出多 个微透镜材料元件，其中该些微透镜材料元件包括多个第 一微透镜材料元 件及多个第二微透镜材料元件，且每一该些第二纟敛透镜材料元件的厚度厚 于每一该些第一微透镜材料元件；以及加热该些《敖透镜材料元件以形成一 微透镜阵列，其中该微透镜阵列包括多个第一微透镜阵列元件，而每一 该些第一微透镜阵列元件对应于该些第一微透镜材料元件之一；以及多个 第二微透镜阵列元件，而每一该些第二微透镜阵列元件对应于该些第二微 透镜材料元件之一者，其中每一该些第二微透镜阵列元件的厚度大于每一 该些第 一微透镜阵列元件的厚度。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。 前述的微透镜装置的制造方法，其中所述的微透镜装置配置于一多彩 像素化结构中，该些第一微透镜阵列元件对应于一第一 色彩的多个画素， 而该些第二微透镜阵列元件对应于 一 第二色彩的多个画素。
本发明的目的及解决其技术问题还采用以下技术方案来实现。依据本 发明提出的一种微透镜装置，其特征在于至少包含多个光感应器设于一 基材中； 一滤光片阵列；至少一光学透明层设于该滤光片阵列及该些光感 应器之间；以及一微透镜阵列设于该滤光片阵列的上方且包括具有一第 一焦距的多个第一微透镜阵列元件；以及具有一第二焦距的多个第二微透 镜阵列元件，其中该第一焦距及该第二焦距相异。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。 前述的微透镜装置，其中所述的微透镜阵列的 一组成物包括一聚合物 材料。
前述的微透镜装置，其中所述的滤光片阵列包括 多个第一滤光元件，其中每一该些第一滤光元件用以传送一第一波长 的光线；以及
多个第二滤光元件，其中每一该些第二滤光元件用以传送一第二波长 的光线，且该第二波长异于该第一波长。
前述的微透镜装置，其中所述的滤光片阵列更包括多个第三滤光元件，
其中每一该些第三滤光元件用以传送一第三波长的光线，且该第三波长异 于该第二波长。
前述的微透镜装置，其中所述的第一波长为红光波长，该第二波长为 蓝光波长，而第三波长为绿光波长。
前述的微透镜装置，其中滤光片阵列包括多个第一滤光元件，其中 每一该些第一滤光元件用以传送一第一波长的光线，且每一该些第一滤光
元件光学对准于该些第一微透镜阵列元件的对应一者；以及滤光片阵列更
包括多个第二滤光元件，其中每一该些第二滤光元件用以传送一第二波长 的光线，且每一该些第二滤光元件光学对准于该些第二微透镜阵列元件的 对应一者，该第二波长小于该第一波长，以及该第二焦距大于该第一焦距。
前述的微透镜装置，其中滤光片阵列包括多个第三滤光元件，其中 每一该些第三滤光元件用以传送一第三波长的光线，且每一该些第三滤光 元件光学对准于该些第一微透镜阵列元件的对应一者；以及
该第二波长小于该第三波长。
前述的微透镜装置，其中滤光片阵列包括多个红光滤光元件，其中 每一该些红光滤光元件光学对准于该些第一微透镜阵列元件的对应者，滤 光片阵列包括多个绿光滤光元件，其中每一该些绿光滤光元件光学对准于 该些第一微透镜阵列元件的对应一者，滤光片阵列包括多个蓝光滤光元件， 其中每一该些蓝光滤光元件光学对准于该些第二^f敖透镜阵列元件的对应一 者，以及该第二焦距大于该第一焦距。
本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。由以上技术方案 可知，本发明的主要技术内容如下
为了达到上述目的，本发明提供了一种微透镜装置的制造方法，其一 实施例至少包括设置一微透镜材料层于基材上，其中此基材内设有光感 应器。然后，部分的微透镜材料层经曝光显影，以定义出樣i透镜材料元件。 微透镜材料元件包括第 一微透材料元件及第二微透材料元件，其中每一第 二微透材料元件实质厚于每一第一微透材料元件。之后，加热微透镜材料 元件，以形成微透镜阵列。此微透镜阵列包括第一孩i透镜阵列元件及第二 微透镜阵列元件，每一第一微透镜阵列元件对应于第一微透镜材料元件， 而每一第二微透镜阵列元件对应于第二微透镜材料元件，其中每一第二微 透镜阵列元件实质厚于每一第 一微透镜阵列元件。
在一实施例中，微透镜装置的制造方法包括设置一微透镜材料层于基 材上；对微透镜材料层的多个部分进行曝光显影，以定义出第一微透镜材 料元件及第二微透镜材料元件；以及加热第 一微透镜材料元件及第二微透 镜材料元件，以形成微透镜阵列，此微透镜阵列包括第一微透镜阵列元件 及第二微透镜阵列元件，其中每一第一微透镜阵列元件的焦距实质大于每 一第二微透镜阵列元件的焦距。
另外，为了达到上述目的，本发明另提供了一种微透镜装置，其于一实
施例至少包括位于基材中的光感应器、彩色滤光片阵列、以及位于彩色滤 光片阵列与光感应器之间的至少一光学透明层。微透镜阵列位于彩色滤光 片阵列上。微透镜阵列包括具有第一焦距的第一微透镜阵列元件及具有第 二焦距的第二微透镜阵列元件，其中第一焦距与第二焦距实质相异。
借由上述技术方案，本发明微透镜装置及其制造方法至少具有下列优
力、
本发明的微透镜装置及其制造方法，其微透镜阵列包括焦距不同的透
可借-上述焦-^;同的透;竟弥补与此相口关"〗斤射口i异量。因此:透过彩色 滤光片的光入射至每一光感应器阵列的量可实质近似或相等，而达成改善
CMOS影像感应器灵敏度的功效。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的 技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和 其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附 图，详细说明如下。


图1是根据习知技术一个以上观点所绘示装置10的至少一部份的剖面
图2绘示图1所示装置10的部分放大图3根据本揭露内容一个以上的观点绘示于制程中间阶段一实施例的 装置100的至少一部分的剖面图4根据本揭露内容一个以上的观点绘示于制程后续阶段图3的装置 100的剖面图5根据本揭露内容一个以上的观点绘示于制程后续阶段图4的装置 100的剖面图6绘示在图5的制程阶段装置100的部分上视图7根据本揭露内容一个以上的观点绘示在图5的制程后续阶段装置 100的部分剖面图8根据本揭露内容一个以上的观点绘示在图7的制程后续阶段装置 100的剖面图9根据本揭露内容一个以上的观点绘示在图8的制程后续阶段装置 100的剖面图IO根据绘示在图5中装置100的另一实施例的剖面图； 图ll根据绘示图10的部分装置200的上视图12根据本揭露内容的 一 实施例的一种微透镜装置的制造方法的局部
流程图；以及
图13根据绘示图12的方法300的另一实施例至少一部分的流程图。
105:基材
具体实施例方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功 效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的微透镜装置及其制造 方法其具体实施方式
、结构、特征及其功效，详细i兌明如后。
可以理解的是，以下揭露内容提供各种不同的实施例或范例，借以实 施各实施例中的不同特征。为筒化本揭露内容，以下以数个特定例子陈述 各元件及安排。当然，这些元件及安排仅为例示之用，并无意成为限制。 此外，本揭露内容在不同实施例中会重复元件符号及/或文字。重复是为了 简化并阐明的目的，其本身并非支配所讨论的各实施例及/或配置之间的关 系。此外，在说明书中r第一特征形成于第二特征的上方或其上，接下来可 能会包括以直接接触^式形成第一特征与第二特征的数个实施例，亦可能 包括在第一特征与第二特征之间形成额外特征的数个实施例，上述所指的 第 一特征与第二特征并无直接接触。
5:基材 10:装置 15:微透镜阵列 17:微透镜
20/20a/20b/20c:光感应器 25/30:介电层 32:内凹部4分 35:光阑
40:电性内连线特征 45:平坦层 47:上表面
50/55a/55b/55c:彩色滤光片
56a: 蓝光
56b:绿光
56c:红光
57a/57b/57c:焦3巨
60:间隙层
100:装置
115:微透镜材料
115':微透镜阵列
117:樣i透镜胞
117a/117b:微透4竟材料元件
117a， /117b，孩吏透镜胞
120:光感应器
130:介电层
135:光学对准特征
145:平坦层
150:彩色滤光片阵列
170/172:图案化光阻元件
200:装置
270/270a/270b:图案化光阻元件 300/305:方法
310/320/330/340/350/360/370/38 0/390/400/410/420/:步骤 dl/d2/d4/d5:才黄向尺寸 d3/d6:侧向偏移请参照图1，其根据习知技术一个以上观点所绘示装置10的至少一部 份的剖面图。装置10可为或可包括微透镜-光感应器装置。举例而言，此
装置10包括微透镜阵列15,而微透镜阵列15包括多个微透镜17，其中每 个微透镜17以垂直或其他方式光学地对准多个光感应器20中的相对一者。 光感应器20可包括在基材5中散布或以其他方式形成的光二极管及/或其 他感应器。
本揭露内容的观点可应用及/或轻易适用于微透镜阵列，其中此些微透 镜阵列除了其他应用之外，利用电荷耦合元件(CCD)以及互补式金氧半导体 (CMOS)的影像感应器(例如主动像素感应器)的应用。就其本身而论，光感 应器20可至少包含习知及/或未来发展的影像感应装置。
此装置10可包括基材5或至少暂时形成在基材5上或从基材5形成， 并包括在基材5上形成的多个层。举例而言，在图1所绘示的例示实施例 中，在基材5上形成的介电层25(至少以相对于基材5的横向方向)将每一 光感应器20与其邻近的光感应器20予以电性隔离。
基材5可至少包含元素半导体(例如晶硅、多晶硅、非晶硅及锗)、化 合物半导体(例如碳化硅及碎化镓)、合金半导体(例如硅锗、磷砷化镓、砷 化铝铟、砷化铝镓及磷化镓铟)、上述的组合及/或其他材料。基材5亦可 至少包含在绝缘材上的半导体材料，例如绝缘层上覆硅 (sil icon-on-insulator; SOI)基材、蓝宝石上覆硅(si 1 icon on sapphire; S0S)基材、或薄膜电晶体(thin film transistor; TFT)层覆盖玻璃及/或 其他材料。
介电层25可至少包含氮化硅(例如四氮化三硅[Si凡])、氮氧化硅(例 如SixNyOz)、氧化硅、二氧化硅及/或其他材料。介电层25可为实质光学上 透明，且可借由化学气相沉积(chemical vapor exposition; CVD)、电浆 辅助化学气相沉积(plasma enhanced CVD; PECVD)、物理气相沉积(physical vapor deposition; PVD)、原子层沉积(atomic layer deposition; ALD)、 蒸镀(evaporation)、旋涂(spin-on coating)及/或其他制程形成。在一实 施例中，介电层25的厚度介于约l微米(ium)至约5(U敖米之间，然而其他 厚度的介电层25亦在本揭露内容的范畴内。
另一介电层30形成于介电层25及光感应器20上。此介电层30以及 装置10的其他层及/或其他特征可包括多于一层，而此多于一层更包括组 成及/或制程相异的多个层。介电层30可至少包含氮化硅(例如Si3N4)、氮 氧化硅(例如SixNyOz)、氧化硅、二氧化硅及/或其他材料。介电层30亦可 为介电系数低于或等于约3.9的低介电系数(low-k)介电层。介电层30可 借由CVD、 PECVD、 PVD、 ALD、蒸镀、旋涂及/或其他制程形成。在一实施例 中，介电层30的厚度介于约0. 2微米至约50微米之间，然而其他厚度的
介电层30亦在本揭露内容的范畴内。
介电层30可包括多个光阑(optical stop) 35或类似结构，此些光阑或 类似结构定义出多个孔径，而每一孔径对应于来自对应的微透镜17胞(eel 1) 的预设传播光径。举例而言，光阑35可实质消除或减少从任何不与特定光 感应器20对应的微透镜17胞入射至特定光感应器20的光量。也就是说， 每一光阑35及/或类似结构可实质将此特定光感应器20的曝光，限定于来 自与光感应器20垂直对准或以其他方式对准的微透镜17胞传播的光线。
请再参阅图1的例示实施例，介电层30的内凹部份32可相对于介电 层30的较厚部分内缩。装置10可包括设于介电层30内凹部份32的接触、 接面(land)及/或电性内连线特征40。
装置10亦可包括设于介电层20的至少一部份上的平坦层45。平坦层 45具有实质平坦的上表面47，其上形成一彩色滤光片50。平坦层45的组 成包括导体材料及/或介电材料。举例而言，除了其他材料之外，平坦层45 可至少包含氧化硅及/或氮化硅。平坦层45亦可具有至少某种程度的光学 透明度，除了其他实施例之外，平坦层45为实质光学上透明的。平坦层45 的平坦度可经由化学机械平坦(chemical-mechanical planarizing; CMP) 法[CMP亦指化学机械研磨(chemical-mechanical pol ishing)]达成。不过， 亦可选^t奪性使用或另外使用其他平坦化的方法，例如热流、光阻回蚀刻、 牺牲光阻回蚀刻、旋涂、及/或其他方法，以使上表面47成为实质平坦面。 举例而言，在一实施例中，平坦层45包括一层以上，其部4分或实质至少包 含树脂或聚合物材料，例如以丙烯酸聚合物为主的负型光阻。
彩色滤光片50配置用来吸收、转向及/或以其他方式避免特定颜色的 入射光的传送，从而避免特定光线传到光感应器20。举例而言，彩色滤光 片50仅容许特定波长的光通过。然而，如图l所示的实施例，彩色滤光片 50可为彩色滤光元件的阵列，其中每个彩色滤光元件容许数种波长的一种 光线通过。譬如，图l所示的彩色滤光片50阵列可包括Y又容:^午红光通过的 彩色滤光片55a、仅容许绿光通过的彩色滤光片55b、以及仅容许蓝光通过 的彩色滤光片55c。另一种方式，彩色滤光片55a仅容许青蓝(cyan)光通过， 彩色滤光片55b仅容许洋红(magenta)光通过，而彩色滤光片55c仅容许黄 光通过。不过，彩色滤光片50阵列并不限于上述红-绿-蓝(RGB)及青蓝-洋 红-黄(CMY)的色彩配置。举例而言，可配置其他实施例的彩色滤光片，以 容许结合其他波长的光及/或其他数量波长的光通过(例如少于或多于图1 所示的三种不同波长的彩色滤光元件)。
为了配合别处用于制造装置10的特定制程技术，可选择彩色滤光片50 阵列的组成及制程。举例而言，上述的组成及制程可包括用于量产0. 8 jLim、 0.6 jum、 0.5 jim、 0.35 |um、 0.30 jum、 0.25 jim、 0.22 jam、 0.18 jum、 0.15 jum、 0.13 jam、 193 nm、 90 nm、 80 nm、 65咖、45 nm及/或其 他制程技术，除了上述制程技术之外，尚包括那些目前由台湾积体电路制 造股份有限公司所提供或企划的技术。在一实施例中，彩色滤光片50阵列 至少包含以丙烯酸聚合物为主的负型光阻，而此负型光阻包含多种色素。 可能视装置10的最终用途而定，可选择彩色滤光片50阵列的组成及/或制 程，以达到预定的像素化(pixilation)。举例而言，装置10可最终运用于 数位相机，其中可运用彩色滤光片50阵列以达到数百万画素。
装置10更可包括间隙层60，例如可用来调整其上方的微透镜阵列15 与其下方的光感应器20之间的距离。举例而言，间隙层60的厚度可介于 约O. 2微米(um)至约50 iam之间，然而间隙层60亦可能为其他厚度，就 如同省略间隙层60的实施例一^:。间隙层60的組成亦可实质类似于平坦 层45,例如实质光学透明的组成，且可经由与用于形成平坦层4相近的一 个以上制程而形成间隙层60。
关于基材5、光感应器20、介电层25及介电层30、光阑35、内连线 特征40、平坦层45、彩色滤光片50、间隙层60以及微透镜阵列15的组成 及/或制程可为习知。例如，上述元件实质至少包含二氧化硅，除了其他制 程之外，其可借由旋涂、离子植入氧、賊镀、热氧化、原子层沉积(ALD)、 电浆辅助化学气相沉积(PECVD)、低压化学气相沉积(LPCVD)、及/或高密度 电浆化学气相沉积(HDP-CVD)形成。举例而言，可借由PECVD而利用四乙氧 基硅曱烷(tetraethoxysilane; TEOS)形成上述二氧化硅元件。其他的例子 包括上述元件实质上至少包含氮化硅，其中氮化硅元件可借由离子植入氮、 賊镀、ALD、 PECVD、 LPCVD及/或HDP-CVD等制程形成。举例而言，可借由 LPCVD而利用六氯二珪乙烷(hexachlorodisilane; HCD)及氨(ammonia; NH3) 形成上述氮化硅元件。当然，亦可使用其他组成及/或制程形成上述一种以 上的元件。
在描述的实施例中，形成微透镜阵列15先于间隙层6G上涂布微透镜 材料。举例而言，微透镜材料可包括树脂或聚合物材料，其中聚合物材料 可例如以丙烯酸聚合物为主的负型光阻。接着，利用习知微影制程将微透 镜材料曝光显影后，借此定义出多个分离的微透镜材料元件，而每一微透 镜材料元件部份或实质类似于多面体。之后，利用回流制程及/或其他加热 方法形成每一微透镜17的凸面轮廓。然后，每一微透镜17与其他微透镜 17相比，具有实质相同的剖面轮廓(如图1所示)。举例而言，微透镜阵列 15中每一微透镜17在间隙层60上(或以与平坦层45的上表面47垂直的方 向)延伸至实质相同高度，而微透镜阵列15中每一微透镜17具有实质相同 的曲率。
请参照图2,其绘示图1所示装置10的部分放大图。前述习知用于形
成微透镜阵列15的制程中，由于不同的彩色滤光片55a、彩色滤光片55b 及彩色滤光片55c，其折射率亦有差异，结果微透镜17胞的焦距不同。
举例而言，绘示于图2的实施例包括配置只使蓝光对焦于光感应器20a 的彩色滤光片55a、只使绿光对焦于光感应器20b的彩色滤光片55b、以及 只使红光对焦于光感应器20c的彩色滤光片55c。然而，不同色的蓝光56a、 绿光56b及红光56c穿过厚度及折射率相同的平坦层45及介电层3(1的各 部分。为此，由于在穿过相同介质时，蓝光56a的波长会比绿光56b波长 少约20%,亦比红光56c波长少约30%，所以在穿过平坦层45及介电层30 时，蓝光56a的折射率会高于绿光56b及红光56c。故此，蓝光56a的焦距 57a就短于绿光56b的焦距57b及红光56c的焦距57c。
因此，以上述观点选择或配置微透镜阵列15，在这个例子中，三个焦 距57a、焦距57b及焦距57c的中点(median)为焦距57b，结果焦点58b与 光感应器20b实质一致。另外，绿光56b与红光56c的波长差距不到约10%， 因此红光56c的折射率实质上与绿光56b的折射率相近。因此，红光56c 的焦点58c亦与其光感应器20c实质一致。然而，因为蓝光56a的折射率 实质大于绿光56b的折射率，所以蓝光56a的焦点58a就无法与光感应器 20a —致，正如图2所示。
请参照图3 ，其根据本揭露内容一个以上的观点，绘示于制程中间阶段， 一实施例的装置100的至少一部分的剖面图。除了以下:R供的部分外，此 装置100可实质近似于图1及/或图2所示的装置10。
此装置100包括基材105,其中此基材105实质近似于图1所示的一个 以上的基材5、介电层25及光感应器20。举例而言，基材105可包括例如 图1所示的基材5及/或介电层25的元件。基材105或装置100的其他部 分亦包括光感应器120阵列，其中此光感应器120阵列实质近似于图1所 示的光感应器20。此装置100又包括于基材105上形成的介电层130,其 中此介电层130实质近似于图1所示的介电层30。此装置100更包括埋设 于介电层130的光学对准特征135，其中此光学对准特征135实质近似于图 1所示的光阑35。此装置100另包括于前述介电层130上形成的平坦层145， 其中此平坦层145实质近似于图1所示的介电层30。此装置100尚包括于 前述平坦层145上形成的彩色滤光片阵列150，其中此彩色滤光片阵列150 实质近似于图1所示的彩色滤光片50阵列。
请参照图4，其根据本揭露内容一个以上的观点，绘示于制程后续阶段， 图3的装置100的剖面图，其中微透镜材料115已形成于彩色滤光片阵列 150上。微透镜材料115可直接形成于彩色滤光片阵列150上。然而其他实 施例中，在形成微透镜材料115前，可于彩色滤光片阵列150上形成一层 以上的其他层。举例而言，在形成微透镜材料115于彩色滤光片阵列150
上之前，可形成间隙层于彩色滤光片阵列150上，而此间隙层例如实质近似于图1的间隙层60。
微透镜材料115可至少包含氮化硅、树脂或聚合物材料，其中聚合物材料可例如以丙烯酸聚合物为主的负型光阻。除了其他制程外，借由旋涂制程、溅镀、光阻涂布制程、ALD、 PECVD、 LPCVD及/或HDP-CVD的一个以 上的制程，可形成微透镜材料115于彩色滤光片阵列150上。在一实施例 中，于彩色滤光片阵列150上的微透镜材料115的组成及/或形成方法，实 质近似于图1所示用于形成微透镜胞117的微透镜材料的组成及/或形成方 法。
请参照图5,其根据本揭露内容一个以上的观点，绘示于制程后续阶段， 图4的装置100的剖面图，其中数个图案化光阻元件170形成于微透镜材 料115上。关于此图案化光阻元件170的组成、其于微透镜材料115上的 沉积方法及其图案化方法可为习知。在一实施例中，此图案化的光阻l70 的形成，借由涂布正型或负型光阻材料于微透镜材料115上，尔后进行一 个以上的曝光显影步骤，以定义出预定图案。图秉化光阻元件的图案 可实质近似于即将自微透镜材料115形成微透镜胞的预设图案，，然而在本 发明揭露内容范围内，不同实施例的近似程度不尽相同。
请参照图6，其绘示在图5的制程阶段，装置100的部分上视图，其中 绘有数个图案化光阻元件170。每个图案化光阻元件170可实质相同。举例 而言，每个图案化光阻元件170可具有实质方形的足迹(footprint)，如此 一来，其横向尺寸dl与横向尺寸d2就实质相等，如图6所示。再者，如 图6的所示，每个图案化光阻元件170可实质平行于每个相邻的图案化光 阻元件170,及/或以相同的侧向偏移d3与每个相邻的图案化光阻元件170 呈横向并列。不过，其他形状及方位的图案化光阻元件170亦落入本揭露 内容的范围内。
在形成图案化光阻元件170后，正如图6的实施例所示，微透镜材料 115会进行一初次曝光步骤。在此初次曝光步骤中，图案化光阻元件170作 为光罩，借此避免与图案化光阻元件170相对应的^[鼓透镜材料115的多个 部分曝光(这些部分可例如实质位于图案化光阻元件170下方的微透镜材料 115的多个部分，从而借由图案化光阻元件170实质遮住曝光能量)。之后， 图案化光阻元件170可借由蚀刻或其他方式剥除，而留下局部曝光但未显 影的微透镜材料115层。
请参照图7,其根据本揭露内容一个以上的观点，绘示在图5的制程后 续阶段，装置100的部分剖面图，其中多个图案化光阻元件172形成于局 部曝光但未显影的微透镜材料115上。此微透镜材料115层随后进行一额 外的曝光步骤，以进一步就-微透镜材料115与多个画素相对应的多个部分
进行曝光，其中这些画素有关介于彩色滤光片阵列150与基材105之间具
有较短波长及/或较高折射的画素。
此些图案化光阻元件172可实质近似于图5及图6所示的图案化光阻 元件170。然而，形成在微透镜材料115上的图案化光阻元件172,其数量 可实质少于在图5及图6曾述及微透镜材料115进行初次微影曝光步骤所 使用的图案化光阻元件170的数量。
举例而言，当装置10;欲包括三色像素化结构(pixilation scheme)时， 图案化光阻元件172的数量比图案化光阻元件170的数量少于约33%。然而， 在一些实施例中，画素总数量无法就不同颜色的画素均分。举例而言，在 RGB像素化结构中，绿色画素及/或红色画素的数量实质上会是蓝色画素数 量的两倍或两倍以上的其他倍数。在这样的实施例中，图案化光阻元件172 的数量可能与图案化光阻元件170的数量不同，前述差异有可能大于或小 于约33°/。。
根据一实施例，图案化光阻元件172与图案化光阻元件170的数量不 同，假设除了各色的彩色滤光片之外，所有的画素都相同，图案化光阻元 件1'72如与画素的数量相同，这些数量的画素，例如图1及图2提及RGB 结构里相同数量的蓝色画素，就会焦距不足。举例而言，在RGB像素化结 构中，图案化光阻元件172的数量可约略等于"X Y，，，其中"X"为画 素总数，而"Y，，为特定色的画素总数，而此特定色的画素需要双重微影曝 光以达到可接受的焦距。
换个方式表达，假设红绿蓝画素比为5: 4: 3，这样每4个绿色画 素及每3个蓝色画素就有5个红色画素，将红绿画素的数量总合与所有画 素(即红、绿、蓝画素)的总合相比，其比例实质遵循9: 12，因此图案化光 阻元件172的数量约75%。当然，这个例子所举的数目为假想设计出的，仅 以此实例说明图案化光阻元件172与图案化光阻元件170的数量有何相关。 换言之，除了其他比例之外，实际的红绿蓝画素比可为约l: 1: 1、 2: 1: 1、 1: 2: 1、或2: 2: 1。因此，除了其他比例之外，图案化光阻元件 172与图案化光阻元件170的it量比可为约2: 3、 3: 4、或4: 5。
据此观之，本发明所属技术领域的技术人员显见在只经过一次微影曝 光步骤或以其他习知方式而形成的情况下，图案化光阻元件172的预设位 置实质与那些焦距足够的画素位置一致。结果，在进行初次微影曝光步骤
时，图案化光阻元件170可用来保护部分的微透镜材料115，不过在进行第 二微影曝光步骤时，图案化光阻元件172就无法保护部分的微透镜材料115， 例如RGB像素化结构中与蓝色画素相关的部分，在第二微影曝光步骤时就 会暴露于微影曝光能量下。不过，第二微影曝光步骤的效力会比第一微影 曝光步骤来得弱。
举例而言，第一微影曝光步骤是将微透镜材料115暴露出的部分(即未
被图案化光阻元件170保护的部分)实质延伸至微透镜材料115的厚度；反 之，第二微影曝光步骤是将微透镜材料115额外暴露出的部分(即未被图案 化光阻元件172保护的部分)仅延伸至微透镜材料115的部分厚度。在另一 实施例中，前述二微影曝光步骤的效力可实质相等，即关于所产生曝光部 分的深度，可延伸至微透镜材料115的厚度。也就是说，第一微影曝光步 骤可对未被图案化光阻元件170保护的微透镜材料115的约一半厚度曝光， 而第二微影曝光步骤可对微透镜材料115的前述部分的剩余厚度再曝光， 同时也对先前被图案化光阻元件170保护的微透镜材料115的前述部分的 部份厚度曝光。
在本揭露内容范围的任一及其他方案中，于第二微影曝光步骤时，微 透镜材料115的曝光部分的深度(即先前被图案化光阻元件170保护、但在 第二微影曝光步骤未被图案化光阻元件172保护的那些部分)，会随着特定 实施例而改变。举例而言，第二微影曝光步骤可对在第一微影曝光步骤时 ^t透镜材料115的曝光部分约50%的厚度进行曝光。不过在本揭露内容的范 围内，此一l史值可介于约20%至约80%。
请参照图8,其根据本揭露内容一个以上的观点，绘示在图7的制程后 续阶段，装置100的剖面图，其中图案化光阻元件172以与先前移除图案 化光阻元件170实质相似的方式加以移除。之后，对经双重曝光的《敞透镜 材料115进行显影。结果如图8所示，微透镜材料115在第二微影曝光步 骤被图案化光阻元件172保护的部分已形成分离的微透镜材料元件117a, 而微透镜材料115在第二微影曝光步骤未被图案化光阻元件172保护的部 分则已形成分离的微透镜材料元件117b。每一微透镜材料元件117a及微透 镜材料元件117b实质对准于下方基材形成的对应的光感应器，其中微透镜 材料元件117a实质厚于微透镜材料元件117b。微透镜材料元件117b的厚 度约为微透镜材料元件117厚度的50%,不过在本揭露内容的范围内，此一 数值可介于约20%至约80%。
请参照图9,其根据本揭露内容一个以上的观点，绘示在图8的制程后 续阶段，装置100的剖面图，其中微透镜材料元件117a及微透镜材料元件 117b已经历一次以上的回流及/或其他加热制程的处理，借此形成至少包含 微透镜胞117a'及微透镜胞117b'的微透镜阵列115'。微透镜胞117a' 及微透镜胞117b，可实质近似于图1及图2所示的微透镜阵列15的微透镜 胞17。然而，微透镜胞117a，与微透镜胞117b，的厚度不同。因此，每一 微透镜胞117b，的厚度为每一微透镜胞117a，的约一半厚度，然而其他安 排方式亦在本揭露内容范围之内。再者，正如图9的虚线所指出的，每一 微透镜胞117a，及每一微透镜胞117b，的焦距已经修饰，如此一来，尽管
通过彩色滤光片阵列150的每一元件的光线实质上迥异，每一微透镜胞
117a，及每一孩i透镜胞117b，的焦点实质上还是落于相对应的光感应器120。 请参照图10，其才艮据绘示在图5中装置100的另一实施例的剖面图，
其中装置IOO在本图中的图号为200。图10的制程阶段除了以下所述的部
分外，实质上与图5所绘示的制程阶段相同。
也就是说，在图10所绘的实施例中，图案化光阻元件270已形成于微
透镜材料115上。此图案化光阻元件270的组成及制程实质近似于图5的
图案化光阻元件170。不过，如下所述，图案化光阻元件270在外型上并不
全然相同。
图ll根据绘示图10的部分装置200的上视图。请同时参照图10及图 11，相较于其他图案化光阻元件270b, —些图案化光阻元件270a的足迹较 大。不过所有的图案化光阻元件270a及图案化光阻元件270b仍具有大致 方形的足迹，然而其他外型亦在本发明范围之内。图案化光阻元件270a的 横向尺寸d4及横向尺寸d5比图案化光阻元件270b的^f黄向尺寸dl及横向 尺寸(12大约20%，然而在本揭露内容的范围内，此一差距可介于约5%至约 50%之间。尽管图案化光阻元件270a及的尺寸较大，不过图案化光阻元件 270a及图案化光阻元件270b的侧向长度(pitch)仍维持实质固定，如此一 来，每一图案化光阻元件270a与每一相邻图案化光阻元件270b的侧向偏 移d6,比两相邻的图案化光阻元件270b的侧向偏移d3，可少约30%至约 40%。
图案化光阻元件270a对应于上述需要透镜焦距较长的画素，例如图7 的图案化光阻元件172不能取代图5的图案化光阻元件170。举例而言，图 案化光阻元件270a可对应于RGB像素化结构中的蓝色画素，然而图案化光 阻元件270b可对应于红色画素及绿色画素。对于后续用于将图案化光阻元 件270a与图案化光阻元件270b的图案转移至微透镜材料115层的微影制 程能量而言，图案化光阻元件270a是半透明的。图案化光阻元件270b亦 可为半透明的，然而其透明的程度与图案化光阻元件27 0a不同。
因此，在微影曝光步骤时，实质位于图案化光阻元件270a下方的微透 镜材料115部分会局部曝光。也就是说，上面的部分会曝光，而下面的部 分不会曝光。然后，利用微影显影步骤，由微透镜材料115定义出图8中 的微透镜材料元件117a及微透镜材料元件117b。之后，可运用一个以上回 流及/或其他加热制程形成图9的微透镜胞117a，与孩i透镜胞117b，。
因此，根据本揭露内容一个以上的观点，可经由习知材料及制程，形 成彩色滤光片阵列及光感应器，并可经由习知材料及制程，于彩色滤光片 阵列及光感应器上形成微透镜阵列，然而微透镜阵列亦可包括焦距不同的
时，可借由上述焦距不同的透镜弥补与此相关的折射变异量。因此，透过 彩色滤光片的光入射至每一光感应器阵列的量可实质近似或相等。
本揭露内容范围内，在用于制造微透镜元件的方法中，经由其中一个
以上实施例的观点，可达成此些及/或其他可能的优点。其中一种方法300 是以流程图至少局部绘示于图12中。
此方法300包括在步骤310中，形成微透镜材料于彩色滤光片阵列及 光感应器阵列上。随后，于步骤320中，形成第一光阻层于微透镜材料上。 之后，于步骤330中，图案化第一光阻层，以形成第一光阻元件，其中第 一光阻元件的外型、位置及方位，实质均与即将形成的微透镜阵列的个别 光学元件相对应。然后，在步骤340中，第一光阻元件用于对部分的微透 镜材料进行初次曝光，其中部分的微透镜材料位于即将形成的微透镜阵列 的每一光学元件的边缘外。
接着，于步骤350中，剥除第一光阻元件，—并于步骤360中，形成第 二光阻层于局部曝光的微透镜材料上。随后，于步骤370中，图案化第二 光阻层，以形成第二光阻元件，其中第二光阻元件的外型、位置及方位， 实质均与微透镜阵列的个别光学元件相对应，而当以习知制程制造时，微 透镜阵列将对应于红色画素及绿色画素，或者对应于具有有效焦距的画素。 之后，于步骤380中，第二光阻元件用于对部分的微透镜材料进行额外曝 光，其中此部分的微透镜材料位于微透镜阵列的上述光学元件的边缘内， 且此微透镜材料的上述光学元件，例如蓝色画素，需要较长焦距。
然后，于步骤390中，剥除第二光阻元件，而历经两次曝光的微透镜 材料层于步骤400中进行显影，借此定义出高度不同且分离的微透镜材料 元件，其中此些微透镜材料元件对应于传输用的每一彩色滤光元件的波长。 接着，在步骤410中，高度不同且分离的微透镜材料元件经历回流制程， 其中回流制程定义出每一微透镜的凸面、透镜型的表面。因此，可增加微 透镜矩阵的每一光学元件对应于画素的焦距，否则因波长较短会降低对应 的画素每丈感性。
请参照图13，其根据绘示图12的方法300的另一实施例至少一部分的 流程图，其中方法300在本图中的图号为305。方法305包括在步骤310中， 形成微透镜材料于彩色滤光片阵列及光感应器阵列上。随后，于步骤420 中，形成光阻层于微透镜材料上。之后，于步骤330进行图案化后，光阻 层包括第一光阻元件及第二光阻元件，其中每一第一光阻元件及第二光阻 元件的外型、位置及方位，实质均与微透镜阵列的个别光学元件相对应。 以习知制程制造时(例如在RGB结构中的红色画素及绿色画素)，每一第一 光阻元件对应于焦距足够的画素，然而每一第二光阻元件对应于焦距不足 的画素(例如在RGB结构中的蓝色画素)。相较于第一光阻元件，第二光阻 元件对于微影制程曝光能量的半透明度较大。举例而言，第一光阻元件可 为实质不透明的，然而第二光阻元件可为半透明的(例如介于半透明与不透 明中间)。
然后，在步骤340中，第一光阻元件及第二光阻元件用于对部分的微 透镜材料进行曝光。被第一光阻元件保护的微透镜材料的部分不会受到曝 光能量照射，至少保护的程度比第二光阻元件来得大，而第二光阻元件至 少局部半透明，因此被第二光阻元件保护的微透镜材料的部分仅能局部免 于曝光能量照射。
随后，于步骤390中，剥除第一光阻元件及第二光阻元件，而曝光后 的微透镜材料层于步骤400中进行显影，其中此些^f效透镜材料元件对应于 传输用的每一彩色滤光元件的波长，借此定义出高度不同且分离的微透镜 材料元件。接着，在步骤410中，高度不同且分离的微透镜材料元件经历 回流制程，其中回流制程定义出每一微透镜的凸面、透镜型的表面。如同 方法300，可增加微透镜矩阵的每一光学元件对应于画素的焦距，否则因波 长较短会降低对应的画素敏感性。
据此观之，本揭露内容提出微透镜装置的制造方法，其于一实施例至 少包括设置一微透镜材料层于基材上，其中此基材内设有光感应器。然后， 部分的微透镜材料层经曝光显影，以定义出微透镜材料元件。微透镜材料 元件包括第 一微透材料元件及第二微透材料元件，其中每一 第二微透材料 元件实质厚于每一第一微透材料元件。之后，加热微透镜材料元件，以形 成微透镜阵列。此微透镜阵列包括第 一微透镜阵列元件及第二微透镜阵列 元件，每一第一微透镜阵列元件对应于第一微透镜材料元件，而每一第二 微透镜阵列元件对应于第二微透镜材料元件，其中每一第二微透镜阵列元 件实质厚于每一第 一微透镜阵列元件。
在一实施例中，微透镜装置的制造方法包括设置一^f敖透镜材料层于基 材上；对微透镜材料层的多个部分进行曝光显影，以定义出第一微透镜材 料元件及第二微透镜材料元件；以及加热第 一微透镜材料元件及第二微透 镜材料元件，以形成微透镜阵列，此微透镜阵列包括第 一微透镜阵列元件 及第二微透镜阵列元件，其中每一第 一微透镜阵列元件的焦距实质大于每 一第二微透镜阵列元件的焦距。
本揭露内容更采用 一种微透镜装置，其于一实施例至少包括位于基材 中的光感应器、彩色滤光片阵列、以及位于彩色滤光片阵列与光感应器之 间的至少一光学透明层。微透镜阵列位于彩色滤光片阵列上。微透镜阵列 包括具有第 一焦距的第 一微透镜阵列元件及具有第二焦距的第二微透镜阵 列元件，其中第一焦距与第二焦距实质相异。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式
上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发 明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利 用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但 凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例 所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围 内。
权利要求
1、一种微透镜装置的制造方法，其特征在于至少包含沉积一微透镜材料层于一基材上，其中该基材中具有多个光感应器；对该微透镜材料层的多个部分进行一曝光显影步骤，借以自该微透镜材料层定义出多个微透镜材料元件，其中该些微透镜材料元件包括多个第一微透镜材料元件及多个第二微透镜材料元件，且每一该些第二微透镜材料元件的厚度厚于每一该些第一微透镜材料元件；以及加热该些微透镜材料元件以形成一微透镜阵列，其中该微透镜阵列包括多个第一微透镜阵列元件，而每一该些第一微透镜阵列元件对应于该些第一微透镜材料元件之一者；以及多个第二微透镜阵列元件，而每一该些第二微透镜阵列元件对应于该些第二微透镜材料元件之一者，其中每一该些第二微透镜阵列元件的厚度大于每一该些第一微透镜阵列元件的厚度。
2、 根据权利要求l所述的微透镜装置的制造方法，其特征在于其中所 述的微透镜装置配置于一多彩像素化结构中，该些第一微透镜阵列元件对 应于一第一色彩的多个画素，而该些第二微透镜阵列元件对应于一第二色 彩的多个画素。
3、 一种微透镜装置，其特征在于至少包含 多个光感应器设于一基材中； 一滤光片阵列；至少一光学透明层设于该滤光片阵列及该些光感应器之间；以及 一微透镜阵列设于该滤光片阵列的上方且包括 具有一第一焦距的多个第一微透镜阵列元件；以及 具有一第二焦距的多个第二微透镜阵列元件， 其中该第 一 焦距及该第二焦距相异。
4、 根据权利要求3所述的微透镜装置，其特征在于其中所述的微透镜 阵列的一组成物包括一聚合物材料。
5、 根据权利要求3所述的微透镜装置，其特征在于其中所述的滤光片 阵列包括多个第 一滤光元件，其中每一该些第一滤光元件用以传送一第一波长 的光线；以及多个第二滤光元件，其中每一该些第二滤光元件用以传送一第二波长 的光线，且该第二波长异于该第一波长。
6、 根据权利要求5所述的微透镜装置，其特征在于其中所述的滤光片 阵列更包括多个第三滤光元件，其中每一该些第三滤光元件用以传送一第 三波长的光线，且该第三波长异于该第二波长。
7、 根据权利要求6所述的微透镜装置，其特征在于其中所述的第一波 长为红光波长，该第二波长为蓝光波长，而第三波长为绿光波长。
8、 根据权利要求3所述的微透镜装置，其特征在于其中滤光片阵列包括多个第一滤光元件，其中每一该些第一滤光元件用以 传送一第一波长的光线，且每一该些第一滤光元件光学对准于该些第一微 透镜阵列元件的对应一者；以及滤光片阵列更包括多个第二滤光元件，其中每一该些第二滤光元件用 以传送一第二波长的光线，且每一该些第二滤光元件光学对准于该些第二 微透镜阵列元件的对应 一者，该第二波长小于该第一波长，以及该第二焦距大于该第一焦距。
9、 根据权利要求8所述的微透镜装置，其特征在于其中滤光片阵列包括多个第三滤光元件，其中每一该些第三滤光元件用以 传送一第三波长的光线，且每一该些第三滤光元件光学对准于该些第一微 透镜阵列元件的对应一者；以及该第二波长小于该第三波长。
10、 根据权利要求3所述的微透镜装置，其特征在于其中滤光片阵列包括多个红光滤光元件，其中每一该些红光滤光元件光学 对准于该些第 一微透镜阵列元件的对应 一者，滤光片阵列包括多个绿光滤光元件，其中每一该些绿光滤光元件光学 对准于该些第一^:透镜阵列元件的对应一者，滤光片阵列包括多个蓝光滤光元件，其中每一该些蓝光滤光元件光学 对准于该些第二微透镜阵列元件的对应一者，以及 该第二焦距大于该第一焦距。
全文摘要
一种微透镜装置及其制造方法，该微透镜装置的制造方法，借由沉积微透镜材料层于基材上，其中基材包括光感应器。接着，微透镜材料层经曝光及显影后，定义出微透镜材料元件，其包括第一微透镜材料元件及第二微透镜材料元件。每一第二微透镜材料元件的厚度实质厚于每一第一微透镜材料元件。之后，加热微透镜材料元件而形成微透镜阵列，其包括第一微透镜阵列元件及第二微透镜阵列元件，而每一第一微透镜阵列元件及每一第二微透镜阵列元件分别对应于第一微透镜材料元件及第二微透镜材料元件。本发明还公开了该微透镜装置。本发明能改善CMOS影像感应器灵敏度。
文档编号H01L27/146GK101105543SQ200710106750
公开日2008年1月16日 申请日期2007年6月15日 优先权日2006年7月10日
发明者张志光, 张笔政, 翁福田, 邓世杰, 郭晋辰, 高铭昌 申请人:台湾积体电路制造股份有限公司