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TWI714445B - 微透鏡結構及其製造方法 - Google Patents

微透鏡結構及其製造方法 Download PDF

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TWI714445B
TWI714445B TW109102518A TW109102518A TWI714445B TW I714445 B TWI714445 B TW I714445B TW 109102518 A TW109102518 A TW 109102518A TW 109102518 A TW109102518 A TW 109102518A TW I714445 B TWI714445 B TW I714445B
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陳俊良
陳雅婷
李世平
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力晶積成電子製造股份有限公司
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Abstract

一種微透鏡結構，包括基底與微透鏡。微透鏡包括形狀調整部與透鏡圖案。形狀調整部包括位在基底上的多個形狀調整圖案。透鏡圖案覆蓋多個形狀調整圖案。

Description

微透鏡結構及其製造方法
本發明是有關於一種半導體元件及其製造方法，且特別是有關於一種微透鏡結構及其製造方法。
目前，微透鏡已普遍地被使用在光學元件(如，影像感測器或顯示器)中，以提升光學元件的效能。然而，由於材料與製程的限制，難以製作出具有較高高度的微透鏡。
本發明提供一種微透鏡結構及其製造方法，其有利於製作出具有較高高度的微透鏡。
本發明提出一種微透鏡結構，包括基底與微透鏡。微透鏡包括形狀調整部與透鏡圖案。形狀調整部包括位在基底上的多個形狀調整圖案。透鏡圖案覆蓋多個形狀調整圖案。
依照本發明的一實施例所述，在上述微透鏡結構中，形狀調整圖案可具有多種間距。
依照本發明的一實施例所述，在上述微透鏡結構中，形狀調整部可具有密集區與疏鬆區。密集區中的形狀調整圖案的間距可小於疏鬆區中的形狀調整圖案的間距。
依照本發明的一實施例所述，在上述微透鏡結構中，透鏡圖案在密集區中的高度可高於透鏡圖案在疏鬆區中的高度。
依照本發明的一實施例所述，在上述微透鏡結構中，形狀調整圖案與透鏡圖案可具有相同折射率。
依照本發明的一實施例所述，在上述微透鏡結構中，形狀調整圖案與透鏡圖案可具有不同折射率。
依照本發明的一實施例所述，在上述微透鏡結構中，形狀調整圖案與透鏡圖案可為相同材料。
依照本發明的一實施例所述，在上述微透鏡結構中，形狀調整圖案與透鏡圖案可為不同材料。
依照本發明的一實施例所述，在上述微透鏡結構中，形狀調整圖案的材料例如是正光阻材料或負光阻材料。
依照本發明的一實施例所述，在上述微透鏡結構中，透鏡圖案的材料例如是正光阻材料或負光阻材料。
依照本發明的一實施例所述，在上述微透鏡結構中，微透鏡的形狀可為對稱形狀。
依照本發明的一實施例所述，在上述微透鏡結構中，微透鏡的形狀可為不對稱形狀。
本發明提出一種微透鏡結構的製造方法，包括以下步驟。在基底上形成形狀調整部。形狀調整部包括多個形狀調整圖案。形成覆蓋多個形狀調整圖案的透鏡圖案。
依照本發明的一實施例所述，在上述微透鏡結構的製造方法中，形狀調整圖案的形成方法可包括以下步驟。在基底上形成光阻材料層。對光阻材料層進行曝光製程。在對光阻材料層進行曝光製程之後，對光阻材料層進行顯影製程。
依照本發明的一實施例所述，在上述微透鏡結構的製造方法中，更可包括對形狀調整圖案進行固化處理。
依照本發明的一實施例所述，在上述微透鏡結構的製造方法中，透鏡圖案的形成方法可包括以下步驟。形成覆蓋形狀調整圖案的光阻材料層。對光阻材料層進行曝光製程。在對光阻材料層進行曝光製程之後，對光阻材料層進行顯影製程。
依照本發明的一實施例所述，在上述微透鏡結構的製造方法中，更可包括對透鏡圖案進行固化處理。
依照本發明的一實施例所述，在上述微透鏡結構的製造方法中，更可包括以下步驟。在形成形狀調整部之前，在基底上形成透光層。形狀調整圖案與透鏡圖案位在透光層上。以形狀調整圖案與透鏡圖案作為罩幕，對透光層進行圖案化製程，而將由形狀調整圖案與透鏡圖案所組成的圖案轉移至透光層。
依照本發明的一實施例所述，在上述微透鏡結構的製造方法中，透光層的材料例如是氧化矽、氮化矽、氮氧化矽、金屬氧化物(metal oxide)或有機透光材料。
依照本發明的一實施例所述，在上述微透鏡結構的製造方法中，作為罩幕的形狀調整圖案與透鏡圖案可在圖案化製程中逐漸消耗而被移除。
基於上述，在本發明所提出的微透鏡結構及其製造方法中，由於透鏡圖案覆蓋多個形狀調整圖案，因此可藉由形狀調整圖案的設置方式來調整透鏡圖案的形狀與高度，而有利於製作出具有較高高度的微透鏡。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
圖1A至圖1D為本發明一實施例的微透鏡結構的製造流程剖面圖。
請參照圖1A，在基底100上形成光阻材料層102。此外，依據產品需求，可在基底100上設置各種所需的半導體元件(未示出)。舉例來說，半導體元件可包括感光元件(如，光二極體)、畫素、電晶體、彩色濾光層、金屬內連線或其組合。光阻材料層102的材料例如是正光阻材料或負光阻材料。在本實施例中，光阻材料層102的材料是以正光阻材料為例，但本發明並不以此為限。光阻材料層102的形成方法例如是旋轉塗佈法。
接著，對光阻材料層102進行曝光製程E1。舉例來說，可使用光罩M1作為罩幕，對光阻材料層102進行曝光製程E1。
請參照圖1B，在對光阻材料層102進行曝光製程E1之後，對光阻材料層102進行顯影製程D1。藉此，可移除部分光阻材料層102，而在基底100上形成形狀調整部P1。形狀調整部P1包括多個形狀調整圖案102a。形狀調整圖案102a可具有多種間距。形狀調整部P1可具有密集區R1與疏鬆區R2。密集區R1中的形狀調整圖案102a的間距可小於疏鬆區R2中的形狀調整圖案102a的間距。舉例來說，密集區R1中的形狀調整圖案102a的平均間距可小於疏鬆區R2中的形狀調整圖案102a的平均間距，但本發明並不以此為限。在本實施例中，形狀調整圖案102a是以具有相同尺寸(如，寬度)為例，但本發明並不以此為限。在其他實施例中，形狀調整圖案102a可具有不同尺寸。此外，由於形狀調整圖案102a是由光阻材料層102所形成，因此形狀調整圖案102a與光阻材料層102可具有相同的材料。形狀調整圖案102a的材料例如是正光阻材料或負光阻材料。在本實施例中，形狀調整圖案102a的材料是以正光阻材料為例，但本發明並不以此為限。
接著，可對形狀調整圖案102a進行固化處理C1。固化處理C1例如是熱固化處理或光固化處理。在其他實施例中，可省略對形狀調整圖案102a進行的固化處理C1。
在本實施例中，雖然形狀調整圖案102a的形成方法是以上述方法為例來進行說明，但本發明並不以此為限。在其他實施例中，可藉由負光阻材料來形成形狀調整圖案102a。此外，採用負光阻的微影製程為所屬技術領域具有通常知識者所週知的半導體製程技術，於此不再說明。
請參照圖1C，形成覆蓋形狀調整圖案102a的光阻材料層104。光阻材料層104的材料例如是正光阻材料或負光阻材料。在本實施例中，光阻材料層104的材料是以正光阻材料為例，但本發明並不以此為限。光阻材料層104的形成方法例如是旋轉塗佈法。
接著，對光阻材料層104進行曝光製程E2。舉例來說，可使用光罩M2作為罩幕，對光阻材料層104進行曝光製程E2。
請參照圖1D，在對光阻材料層104進行曝光製程E2之後，對光阻材料層104進行顯影製程D2。藉此，可移除部分光阻材料層104，而形成覆蓋多個形狀調整圖案102a的透鏡圖案104a。由於透鏡圖案104a覆蓋多個形狀調整圖案102a，因此可藉由形狀調整圖案102a的設置方式來調整透鏡圖案104a的形狀與高度，而有利於製作出具有較高高度的微透鏡106。舉例來說，由於在密集區R1中的形狀調整圖案102a的密度高於在疏鬆區R2中的形狀調整圖案102a的密度，因此透鏡圖案104a在密集區R1中的高度可高於透鏡圖案104a在疏鬆區R2中的高度。此外，由於透鏡圖案104a是由光阻材料層104所形成，因此透鏡圖案104a與光阻材料層104可具有相同的材料。透鏡圖案104a的材料例如是正光阻材料或負光阻材料。在本實施例中，透鏡圖案104a的材料是以正光阻材料為例，但本發明並不以此為限。
接著，可對透鏡圖案104a進行固化處理C2。固化處理C2例如是熱固化處理或光固化處理。在其他實施例中，在省略對形狀調整圖案102a進行的固化處理C1的情況下，形狀調整圖案102a與透鏡圖案104a可藉由固化處理C2同時進行固化。
在一些實施例中，在藉由上述方法形成多個微透鏡106的情況下，藉由曝光條件的調整，可使得相鄰的微透鏡106彼此分離或合併(merge)。
在本實施例中，雖然透鏡圖案104a的形成方法是以上述方法為例來進行說明，但本發明並不以此為限。在其他實施例中，可藉由負光阻材料來形成透鏡圖案104a。此外，採用負光阻的微影製程為所屬技術領域具有通常知識者所週知的半導體製程技術，於此不再說明。
以下，藉由圖1D來說明本實施例的微透鏡結構10。此外，雖然微透鏡結構10的形成方法是以上述方法為例來進行說明，但本發明並不以此為限。
請參照圖1D，微透鏡結構10包括基底100與微透鏡106。在本實施例中，一個微透鏡106可對應於影像感測器中的一個感光元件(未示出)或顯示器中的一個畫素(未示出)。微透鏡106包括形狀調整部P1與透鏡圖案104a。形狀調整部P1包括位在基底100上的多個形狀調整圖案102a。透鏡圖案104a覆蓋多個形狀調整圖案102a。形狀調整圖案102a與透鏡圖案104a可具有相同折射率或不同折射率。在形狀調整圖案102a與透鏡圖案104a具有相同折射率的情況下，可使得微透鏡106具有均勻的折射率。此外，形狀調整圖案102a與透鏡圖案104a可為相同材料或不同材料。
另外，微透鏡106的形狀可為對稱形狀或不對稱形狀。在本實施例中，微透鏡106的形狀是以對稱形狀為例，但本發明並不以此為限。舉例來說，藉由將形狀調整圖案102a以對稱方式設置在基底100上，且將形狀調整圖案102a的間距設計成從中央位置向兩側逐漸增大，可使得形狀調整圖案102a從中央向兩側由密集變疏鬆，藉此微透鏡106可具有從中央向兩側逐漸變低的對稱形狀，且微透鏡106的最高點可位在形狀調整部P1的中央位置。
除此之外，影像感測器結構10中的各構件的材料、設置方式、形成方法與功效等已於上述實施例進行詳盡地說明，於此不再說明。
基於上述實施例可知，在微透鏡結構10及其製造方法中，由於透鏡圖案104a覆蓋多個形狀調整圖案102a，因此可藉由形狀調整圖案102a的設置方式來調整透鏡圖案104a的形狀與高度，而有利於製作出具有較高高度的微透鏡106。
圖2為本發明另一實施例的微透鏡結構的剖面圖。
請參照圖1D與圖2，圖2的微透鏡結構20與圖1D的微透鏡結構10的差異如下。在微透鏡結構20中，微透鏡206的形狀可為不對稱形狀。舉例來說，藉由將形狀調整圖案102a以不對稱方式設置在基底100上，且使得鄰近於形狀調整部P1的一端的形狀調整圖案102a的密度大於鄰近於形狀調整部P1的另一端的形狀調整圖案102a的密度，藉此微透鏡206可具有不對稱形狀，且微透鏡206的最高點可偏離形狀調整部P1的中央位置而鄰近於形狀調整部P1的一端。此外，由於圖1D的微透鏡106與圖2的微透鏡206的形狀不同，因此微透鏡106與微透鏡206可具有不同的焦點(focal point)位置與曲率半徑。
由此可知，形狀調整圖案102a除了可調整透鏡圖案104a的形狀與高度，而有利於製作出具有較高高度的微透鏡106與微透鏡206之外，更可調整微透鏡106與微透鏡206的焦點位置與曲率半徑。此外，圖1D與圖2中的相同構件以相同的符號表示，並省略其說明。
圖3A至圖3B為本發明另一實施例的微透鏡結構的製造流程剖面圖。
圖3A與圖1D在結構與製造方法上的差異如下。請參照圖3A，在形成形狀調整部P1之前，在基底100上形成透光層300。藉此，可使得後續形成的形狀調整圖案102a與透鏡圖案104a位在透光層300上。透光層300的材料例如是氧化矽、氮化矽、氮氧化矽、金屬氧化物或有機透光材料。透光層300的形成方法例如是化學氣相沉積法、旋轉塗佈法或物理氣相沉積法等。此外，圖3A與圖1D中的相同構件以相同的符號表示，並省略其說明。
請參照圖3B，以形狀調整圖案102a與透鏡圖案104a作為罩幕(亦即，以微透鏡106作為罩幕)，對透光層300進行圖案化製程，而將由形狀調整圖案102a與透鏡圖案104a所組成的圖案轉移至透光層300。藉此，可在基底100上形成微透鏡300a，且微透鏡300a可具有與微透鏡106相似的對稱形狀。舉例來說，在上述圖案化製程中，可使用形狀調整圖案102a與透鏡圖案104a作為罩幕，對透光層300進行乾式蝕刻製程，以移除部分透光層300，而在基底100上形成微透鏡300a。此外，作為罩幕的形狀調整圖案102a與透鏡圖案104a可在圖案化製程中逐漸消耗而被移除。此外，依據調整圖案102a、透鏡圖案104a與透光層300的蝕刻速率的不同，也會使微透鏡300a的高度及寬度產生形狀的變化。亦即，可藉由蝕刻參數的設定或對調整圖案102a、透鏡圖案104a與透光層300的材料選擇來調整微透鏡300a的形狀。藉此，在其他實施例中，微透鏡300a與微透鏡106可具有不同的形狀。
在一些實施例中，在藉由上述方法形成多個微透鏡300a的情況下，藉由蝕刻條件的調整，可使得相鄰的微透鏡300a彼此分離或合併。
在本實施例中，雖然是以微透鏡106作為罩幕為例來進行說明，但本發明並不以此為限。其他實施例中，亦可使用圖2的微透鏡206作為罩幕，而使得微透鏡300a可具有與微透鏡206相似的不對稱形狀。
基於上述實施例可知，在微透鏡結構30及其製造方法中，由於作為罩幕的微透鏡106的圖案可具有較高高度，因此藉由將微透鏡106的圖案轉移至透光層300所形成的微透鏡300a也可具有較高高度。
綜上所述，在上述實施例的微透鏡結構及其製造方法中，由於透鏡圖案覆蓋多個形狀調整圖案，因此可藉由形狀調整圖案的設置方式來調整透鏡圖案的形狀與高度，而有利於製作出具有較高高度的微透鏡。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
10、20、30:微透鏡結構 100:基底 102、104:光阻材料層 102a:形狀調整圖案 104a:透鏡圖案 106、206、300a:微透鏡 300:透光層 C1、C2:固化處理 D1、D2:顯影製程 E1、E2:曝光製程 M1、M2:光罩 P1:形狀調整部 R1:密集區 R2:疏鬆區
圖1A至圖1D為本發明一實施例的微透鏡結構的製造流程剖面圖。 圖2為本發明另一實施例的微透鏡結構的剖面圖。 圖3A至圖3B為本發明另一實施例的微透鏡結構的製造流程剖面圖。
10:微透鏡結構
100:基底
102a:形狀調整圖案
104a:透鏡圖案
106:微透鏡
C2:固化處理
D2:顯影製程
P1:形狀調整部
R1:密集區
R2:疏鬆區

Claims (20)

  1. 一種微透鏡結構，包括： 基底；以及 微透鏡，包括： 形狀調整部，包括位在所述基底上的多個形狀調整圖案；以及 透鏡圖案，其中所述透鏡圖案覆蓋所述多個形狀調整圖案。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的微透鏡結構，其中所述多個形狀調整圖案具有多種間距。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的微透鏡結構，其中所述形狀調整部具有密集區與疏鬆區，且所述密集區中的所述多個形狀調整圖案的間距小於所述疏鬆區中的所述多個形狀調整圖案的間距。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的微透鏡結構，其中所述透鏡圖案在所述密集區中的高度高於所述透鏡圖案在所述疏鬆區中的高度。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的微透鏡結構，其中所述多個形狀調整圖案與所述透鏡圖案具有相同折射率。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的微透鏡結構，其中所述多個形狀調整圖案與所述透鏡圖案具有不同折射率。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的微透鏡結構，其中所述多個形狀調整圖案與所述透鏡圖案為相同材料。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的微透鏡結構，其中所述多個形狀調整圖案與所述透鏡圖案為不同材料。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的微透鏡結構，其中所述多個形狀調整圖案的材料包括正光阻材料或負光阻材料。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的微透鏡結構，其中所述透鏡圖案的材料包括正光阻材料或負光阻材料。
  11. 如申請專利範圍第1項所述的微透鏡結構，其中所述微透鏡的形狀為對稱形狀。
  12. 如申請專利範圍第1項所述的微透鏡結構，其中所述微透鏡的形狀為不對稱形狀。
  13. 一種微透鏡結構的製造方法，包括： 在所述基底上形成形狀調整部，其中所述形狀調整部包括多個形狀調整圖案；以及 形成覆蓋所述多個形狀調整圖案的透鏡圖案。
  14. 如申請專利範圍第13項所述的微透鏡結構的製造方法，其中所述多個形狀調整圖案的形成方法包括： 在所述基底上形成光阻材料層； 對所述光阻材料層進行曝光製程；以及 在對所述光阻材料層進行所述曝光製程之後，對所述光阻材料層進行顯影製程。
  15. 如申請專利範圍第13項所述的微透鏡結構的製造方法，更包括對所述多個形狀調整圖案進行固化處理。
  16. 如申請專利範圍第13項所述的微透鏡結構的製造方法，其中所述透鏡圖案的形成方法包括： 形成覆蓋所述多個形狀調整圖案的光阻材料層； 對所述光阻材料層進行曝光製程；以及 在對所述光阻材料層進行所述曝光製程之後，對所述光阻材料層進行顯影製程。
  17. 如申請專利範圍第13項所述的微透鏡結構的製造方法，更包括對所述透鏡圖案進行固化處理。
  18. 如申請專利範圍第13項所述的微透鏡結構的製造方法，更包括： 在形成所述形狀調整部之前，在所述基底上形成透光層，其中所述多個形狀調整圖案與所述透鏡圖案位在所述透光層上；以及 以所述多個形狀調整圖案與所述透鏡圖案作為罩幕，對所述透光層進行圖案化製程，而將由所述多個形狀調整圖案與所述透鏡圖案所組成的圖案轉移至所述透光層。
  19. 如申請專利範圍第18項所述的微透鏡結構的製造方法，其中所述透光層的材料包括氧化矽、氮化矽、氮氧化矽、金屬氧化物或有機透光材料。
  20. 如申請專利範圍第18項所述的微透鏡結構的製造方法，其中作為罩幕的所述多個形狀調整圖案與所述透鏡圖案在所述圖案化製程中逐漸消耗而被移除。
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