CN108960021A - 光学元件的制作方法及光学感应装置 - Google Patents

光学元件的制作方法及光学感应装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种光学元件的制作方法及光学感应装置。其中，光学元件的制作方法包括：首先，分别形成微透镜层与微型光通道层，其中微透镜层包括微透镜与第一基底，而微型光通道层包括微型光通道与第二基底；接着，进行第一接合制程，使微透镜层接合至微型光通道层上，并使得微透镜与微型光通道在垂直与第二基底表面的一垂直投影方向上互相对应，然后移除微透镜层中的第一基底。

Description

光学元件的制作方法及光学感应装置
技术领域
本发明是关于一种光学元件的制作方法及光学感应装置，特别是一种应用光学指纹识别的微型光学元件的制作方法及光学感应装置。
背景技术
由于智能手机兴起，加上对个人隐私与安全性的需求，指纹识别功能附加于手机或是门禁上已经成为目前主流趋势。目前应用于智能手机的指纹识别以电容式指纹识别晶片为其主流，将主动与被动电容式指纹识别晶片附加于智能手机以用来解锁与启动功能。上述装置主要以安装在智能手机背面为主，如要安装于前视区，则须针对玻璃显示区开孔或是进行减薄程序，造成加工费用增加。而由于手机外观强调其完整性，故其针对玻璃不开孔洞加上指纹识别功能逐渐成为要求。另有超声波技术应用于指纹识别晶片，由于成本无法降低，目前仍未量产。目前主要还有光学指纹识别技术有机会成为下一代指纹识别的主流，因光线具有高穿透性而有机会不进行玻璃开孔即可进行识别，同时光学式指纹识别能针对生物特征进行识别以强化其安全性，已逐渐成为下一代指纹识别的主流。目前针对光学式指纹识别的成像系统有几种方式，例如，反射式、薄膜反射式、针孔成像、光纤成像或是搭配多组镜片成为较大型指纹识别系统。然而，习知光学式指纹识别装置的感测器尺寸与对应元件有其尺寸限制，因此现今业界期望开发出体积更小且识别精准度更高的指纹识别系统。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种光学元件的制作方法及光学感应装置，以应用于光学指纹识别。
根据本发明之一实施方式，本发明提供一种光学元件的制作方法，包括：形成一微透镜层，其中所述微透镜层包括一微透镜与一第一基底，且所述微透镜设置于所述第一基底的一表面上；形成一微型光通道层，其中所述微型光通道层包括一微型光通道与一第二基底，且所述微型光通道设置于所述第二基底的第一表面上；进行一接合制程，以所述第一基底的所述表面面对所述第二基底的所述第一表面的方式，使所述微透镜层接合至所述微型光通道层上，使得所述微透镜与所述微型光通道层在垂直于所述第二基底的所述第一表面的一垂直投影方向上互相对应；移除所述微透镜层中的所述第一基底。。
为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种光学感应装置，包括一光感测器，其中所述光感测器的宽度范围是10至100微米；一微型光通道层，包括一微型光通道与一基底，其中所述微型光通道沿垂直于所述基底之一表面的一垂直投影方向贯穿所述基底；一微透镜，其中所述微型光通道设置于所述微透镜与所述光感测器之间，且所述微透镜、所述微型光通道与所述光感测器在所述垂直投影方向上互相对应。
本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明的光学元件的制作方法包括：首先，分别形成微透镜层与微型光通道层，其中微透镜层包括微透镜与第一基底，而微型光通道层包括微型光通道与第二基底；接着，进行第一接合制程，使微透镜层接合至微型光通道层上，并使得微透镜与微型光通道在垂直与第二基底表面的一垂直投影方向上互相对应，然后移除微透镜层中的第一基底，相比于现有技术，本发明的制作过程中，可使得元件达到更高的对位精准度，并可依此制作出小尺寸的光学元件，更可通过本发明微透镜的成像技术，使得本发明的光学感应装置可应用于智能手机前方指纹识别系统，且不需在智能手机前方玻璃开孔即可进行光学式指纹识别。另一方面，本发明通过半导体制程或微机电技术可实现批量制作并大量生产光学元件及光学感应装置的优势。
附图说明
图1至图3是本发明一种光学元件的制作方法的第一实施方式的微透镜层的形成方法的流程示意图；
图4至图6是本发明一种光学元件的制作方法的第一实施方式的微型光通道层的形成方法的流程示意图；
图7是本发明一种光学元件的制作方法的第一实施方式的微型光通道层的各种剖面示意图；
图8至图10是本发明一种光学元件的制作方法的第一实施方式的第一接合制程的流程示意图；
图11是本发明一种光学元件的制作方法的第一实施方式的光学元件的制作方法的流程示意图；
图12是本发明一种光学元件的制作方法的第一实施方式的第二接合制程的流程示意图；
图13是本发明一种光学元件的制作方法的第一实施方式的相互接合的微透镜层、微型光通道层与光感测器阵列的结构示意图；
图14是图13中沿切线A-A’的剖面示意图；
图15是本发明一种光学元件的制作方法的第一实施方式的光学感应模组的剖面示意图；
图16至图17是本发明一种光学元件的制作方法的第二实施方式的微透镜层的形成方法的流程示意图；
图18至图20是本发明一种光学元件的制作方法的第二实施方式的微型光通道层的形成方法的流程示意图；
图21至图22是本发明一种光学元件的制作方法的第二实施方式的第一接合制程的流程示意图。
符号说明：
10A、10B 微透镜层
20A、20B 微型光通道层
25 光学元件
30 光感测器阵列
40 光学感应装置
50 光学感应模组
60 物体
100 第一基底
1001 表面
102、116 图案化遮罩层
1021、1161 开口
104 凹槽
106 第一膜层
106S 叠层
108 第二膜层
110 微透镜
112 第二基底
1121 第一表面
1122 第二表面
114 介电层
118 深蚀刻制程
120 微型光通道
122 薄化制程
1201 侧壁
124 光感测器
126 第三基底
130 基底
132 光源
134 框架
136 覆盖层
138 平坦化制程
140 承载基底
142 黏着层
144、146 图案化抑光镀膜
L1 光线
W 宽度
X、Y 位置
Z 垂直投影方向
具体实施方式
为使熟悉本发明所属技术领域技术人员能更进一步了解本发明，下文特列举本发明之较佳实施方式，并配合所附图示，详细说明本发明的光光学元件及其制作方法及所欲达成的功效。为了方便表示而能够轻易了解，图示并未以成品之示意尺寸或比例绘示，因此图示中元件之尺寸或比例仅用以示意而并非欲以限制本发明的范围。
值得一提的是，在不超出本发明之精神的情况下，以下不同实施方式的不同技术特征彼此之间可互相置换而重新搭配，以组合出另一实施方式。
本发明提供了一种光学元件的制作方法，其包括分别形成一微透镜层与一微型光通道层、使两者接合以及与感测器接合的制程，以下依序介绍形成微透镜层与微型光通道层的方法以及后续制造光学元件的方法。
请参阅图1至图3，图1至图3是本发明一种光学元件的制作方法的第一实施方式的微透镜层的形成方法的流程示意图。如图1所示，首先提供一第一基底100，其可包括一硬件基底。举例而言，本实施方式的第一基底100为玻璃基底，但不以此为限。然后于第一基底100的一表面1001上形成一图案化遮罩层102，其可例如是一图案化的硬遮罩(hard mask)层。举例而言，本实施方式的图案化遮罩层102的材料可包括非晶矽(amorphoussilicion)，且其可藉由对一非晶矽层进行一微影暨蚀刻制程所形成，但不以此为限。接着，于第一基底100之表面1001形成多个凹槽104，其形成方式可例如是对第一基底100施以一蚀刻制程。在本实施方式中，图案化遮罩层102包括多个开口1021分别暴露出第一基底100的部分表面1001，而蚀刻制程即透过各开口1021而移除与其对应的部分第一基底100。另外，蚀刻制程可例如是一等向性的蚀刻制程，但不以此为限。藉此，所形成之凹槽104可例如是半球体(hemisphere)凹槽。之后，可将图案化遮罩层102从第一基底100之表面1001剥离。接着，如图2所示，于凹槽104及第一基底100的表面1001上共形地(conformally)形成一第一层膜106。第一膜层106可包括一薄膜层(thin film layer)。举例而言，第一膜层106的材料可包括非晶矽，且其形成方式可例如为沉积制程，但不以此为限。接着，如图3所示，于第一膜层106上形成一第二膜层108，其中第二膜层108填满凹槽104以于凹槽104内形成多个微透镜110。在本实施方式中，第二层膜108可包括低折射率系数材料，其折射系数的范围为1至1.5。第二膜层108可例如为旋涂式玻璃(spin on glass，SOG)，其形成方法可包括将旋涂式玻璃整层涂布在第一膜层106上并对其固化(curing)，但不以此为限。换言之，本实施方式的微透镜110是由低折射率系数材料所形成。现对于习知的微透镜通常是由高分子材料所制成，本实施方式中的微透镜110的材料为SOG，其可具有较佳的耐热性(heatresistance)，能够承受本实施方式制作方法中所产生的热。此外，本实施方式的微透镜110可例如是半球体的透镜。再者，亦可选择性的对第二膜层108中远离第一膜层106的表面进行平坦化制成，平坦的表面对于微透镜110有利于后续与其他基底接合。藉此，本实施方式中的微透镜层10A可包括第一基底100、第一膜层106与第二膜层108，其中由第二膜层1058形成之微透镜110设置于第一基底100之表面1001上。此外，微透镜110的数量并不以图3所示的为限。藉由以上的制作方法，本实施方式所形成的微透镜110可以阵列设置于第一基底100的表面1001。
请参阅图4至图6，图4至图6是本发明一种光学元件的制作方法的第一实施方式的微型光通道层的形成方法的流程示意图。如图4所示，首先提供一第二基底112，并于第二基底112的一第一表面1121上形成一介电层114。举例而言，本实施方式的第二基底112可包括硬质基底如矽基底或矽晶圆，介电层114可包括氧化层如电浆加强氧化物(plasmaenhanced oxide)层，但不以此为限。接着，于介电层114上形成一图案化遮罩层116，其可例如是一图案化的硬遮罩层。举例而言，本实施方式的图案化遮罩层116可藉由一微影制程及一反应式离子蚀刻(reactive ion etch，RIE)制程所形成，但不以此为限。本实施方式中，图案化遮罩层116包括多个开口1161，分别暴露出介电层114的部分表面。接着，如图5所示，以图案化遮罩层116当作蚀刻遮罩，与第二基底112之第一表面1121进行一深蚀刻制程118，以于第二基底112中形成多个微型光通道120。详细而言，深蚀刻制程118是通过开口1161移除与其对应的部分介电层114与部分第二基底112，以于第二基底112靠近第一表面1121的一侧形成微型光通道120。另外，本实施方式的审蚀刻制程118可包括深反应式离子蚀刻(deep reactive ion etch，DRIE)制程，但不以此为限。在本实施方式中，由深蚀刻制程118形成的微型光通道120的深宽比范围为(但不限于)0.5至50。之后，如图6所示，将图案化遮罩层116从第二基底112之第一表面1121剥离，并且可一并移除介电层114。藉此，本实施方式中之一微型光通道层20A可包括微型光通道120与第二基底112，且微型光通道120设置于第二基底112之第一表面1121。藉由以上的制作方法，本实施方式所形成的微型光通道120可以阵列方式设置于第二基底112之第一表面1121。
请参阅图7，图7是本发明一种光学元件的制作方法的第一实施方式的微型光通道层的各种剖面示意图。在本实施方式中，微型光通道120之一剖面形状并不以图6所示为限。如图7所示，微型光通道120的剖面形状可如图7所示而包括(a)锥状、(b)漏斗状、(c)柱状、(d)多柱状、(e)含辅助准直结构之柱状或(f)与(g)具复合内径之柱状。另一方面，微型光通道120的一侧壁1201可具有环状纹路(ring pattern)，且环状纹路的剖面形状可包括扇贝形(scalloped)(亦可视为圆弧形(arc)()、波浪形(undulating)等)，如图7的(f)图例中的放大示意图，但不以此为限，例如在某些实施方式中，微型光通道120的也可具有平坦或笔直的侧壁1201。上述各种不同剖面形状之微型光通道120以及侧壁1201上的环状纹路可由本实施方式的深蚀刻制程118所形成。在不同的情况下，深蚀刻制程118的参数可依不同需求而调整。另外，深蚀刻制程118可包括单一或多次蚀刻步骤。
请参阅图8至图10，图8至图10是本发明一种光学元件的制作方法的第一实施方式的第一接合制程的流程示意图。为了图示简洁，图8至图10仅绘出三个微透镜110与三个微型光通道120作为示意，但其数量并不以此为限。如图8所示，进行一第一接合制程，以第一基底100之表面1001面对第二基底112之第一表面1121的方式，使微透镜层10A接合至微型光通道层20A上，使得各微透镜110与微型光通道120在垂直于第二基底112之第一表面1121的一垂直投影方向Z上互相对应。在本实施方式中，各微透镜110是与对应的微型光通道120对准并接合。详细而言，在接合后，各微透镜110分别对应的微型光通道120直接相连，且微透镜110与微型光通道120是位于第一基底100与第二基底112之件。接著，对相反于第一表面1121之第二基底112的一第二表面1122进行一薄化制程122，以暴露出微型光通道120并使得微型光通道120贯穿第二基底112，如第9图所示。本实施方式的薄化制程122可包括研磨制程，但不以此为限。接著，移除微透镜层10A中的第一基底100及第一膜层106。在本实施方式中，对相反于表面1001之第一基底100的另一表面1002进行一蚀刻制程，以移除第一基底100(如玻璃基底)并暴露出第一膜层106。接著，对第一膜层106进行另一蚀刻制程，以移除第一膜层106(如非晶矽层)并暴露出微透镜110，如第10图所示。值得一提的是，前述对第二基底112的第二表面1122进行的薄化制程122并不限于在移除第一基底100及第一膜层106之前进行。在其他实施方式中，亦可先移除第一基底100及第一膜层106，而后再进行薄化制程122。接著，如第10图所示，在第二基底112于垂直投影方向Z上的两侧表面分别形成一图案化抑光镀膜144、146，藉此以形成本实施方式的光学元件25，其中上侧的图案化抑光镀膜144暴露出微透镜110，而下侧的图案化抑光镀膜146暴露出微型光通道120。本实施方式的图案化抑光镀膜144的材料可包括金属材料或聚合物材料。举例而言，可利用化学气相沉积或溅射沉积形成金属层，或可利用旋涂形成聚合物层，但不以此为限。举例而言，可先对应于微透镜110上形成图案化光阻，并于金属层或聚合物层形成之后，将图案化光阻及其上的金属或聚合物一并移除，以暴露出微透镜110。另一方面，由于微型光通道120的开口尺寸较小并具有高深宽比，因此金属层或聚合物层并不易形成于微型光通道120内。需注意的是，形成图案化抑光镀膜144、146的方法并不以上述为限，而可包括本领域中其他习知的图案化方法。此外，本实施方式并不限于须同时在第二基底112的两侧表面形成图案化抑光镀膜144、146。在其他实施方式中，亦可仅在第二基底112之其中一侧的表面上形成图案化抑光镀膜。
综上所述，本发明之制作光学元件25的方法主要包括第11图所示之步骤：
步骤S10：形成一微透镜层，其中微透镜层包括至少一微透镜与一第一基底，且微透镜设置于第一基底之一表面；
步骤S12：形成一微型光通道层，其中微型光通道层包括至少一微型光通道与一第二基底，且微型光通道设置于第二基底之一第一表面；
步骤S14：进行一第一接合制程，以第一基底之表面面对第二基底之第一表面的方式，使微透镜层接合至微型光通道层上，使得微透镜与微型光通道在垂直于第二基底之第一表面的一垂直投影方向上互相对应；以及
步骤S16：移除微透镜层中的第一基底。
请参阅图12至图14，图12是本发明第一实施方式之第二接合制程之示意图，图13是本发明第一实施方式相互接合的微透镜层、微型光通道层与光感测器阵列的示意图，而图14是沿第13图中切线A-A’的剖面示意图。为了图示简洁及突显重点，图12与图13并未绘出图案化抑光镀膜144、146，并仅于部分光学感应装置40中绘出微型光通道120。如图12所示，提供一光感测器阵列30，其包括多个光感测器124。本实施方式的光感测器124是以阵列方式设置，且其可包括能够将光线转换成电信号的元件。接著，进行一第二接合制程，将经第一接合制程所接合的微透镜层10A及微型光通道层20A(例如图10中的光学元件25)与光感测器阵列30接合，使得微型光通道120设置于微透镜110与光感测器124之间，且光感测器124与微型光通道120在垂直投影方向Z上对应。举例而言，在第二接合制程中，各光感测器124是与其中一个微型光通道120或是其中一个微透镜110在垂直投影方向Z上互相对准。藉此，在进行完第二接合制程之后，各微型光通道120在垂直投影方向Z上分别设置于对应之微透镜110与对应之光感测器124之间(如图14所示)。接著，如第13图所示，在进行完第二接合制程之后，可进一步沿多条切割线切割已相互接合的微透镜层10A、微型光通道层20A与光感测器阵列30，以形成多个光学感应装置40(如图14所示)。此外，光学感应装置40中微透镜110、微型光通道120与光感测器124的数量可依需求而改变，并不以第13图及第14图所示为限。另外，在光学感应装置40中，一个光感测器124也可对应多个微型光通道120或多个微透镜110。
在本实施方式中，第一接合制程与第二接合制程分别可包括胶黏接合(adhesivebonding)、聚合物键合(polymer bonding(BCB))、金属共晶键合(metal eutecticbonding)、化学介质层共熔键合(silicon on glass(SOG)fused bonding)、表面活化低温晶圆接合(surface activated low-temperature wafer bonding)、阳极接合(anodicboding)或焊接(soldering)，但不以此为限。此外，本实施方式制作光学元件25(或光学感应装置40)的方法采用半导体制程或微机电技术(MEMS)，其中微透镜110与微型光通道120可利用微影暨蚀刻制程所形成，并可批量制作。藉此，上述的微透镜层10A可为晶圆级微透镜阵列(wafer level micro-lens array)，而微型光通道层20A可为晶圆级微光通道阵列(wafer level light-path micro-channel array)。由于要能够进行指纹识别的光学感应装置，其解析度必须至少有500dpi(dots per inch)。若又要将光学感应装置应用于行动装置，并安装于面板玻璃下而不开孔，则每个微透镜的尺寸须小于50微米。现行成形(molding)制程或机械加工并无法达到如此精准的设计与对位，然而本实施方式的制作方法可实现制作尺寸小于50微米的微透镜。另一方面，由于本实施方式的光学元件可利用半导体制程制作，因而可在各基底上形成对位记号(alignment mark)，使得不同基底在各接合制程中可互相对准。再者，本实施方式中的接合制程是以晶圆对晶圆(wafer to wafer)接合作为范例，但不以此为限。在其他实施方式中，接合制程亦可以芯片对芯片(chip tochip)或芯片对晶圆(chip to wafer)而进行。
请继续参阅图14，本实施方式光学感应装置40之结构包括光感测器124、微型光通道层20A以及微透镜110，其中光感测器124的一宽度W范围为约10至约100微米。在其他实施方式中，光感测器的宽度范围可为约20至约100微米。微型光通道层20A包括微型光通道120与第二基底112，微型光通道120沿垂直于第二基底112之表面1121的垂直投影方向Z贯穿第二基底112，其中微型光通道120设置于微透镜110与光感测器124之间，且微透镜110、微型光通道120与光感测器124在垂直投影方向Z上互相对应。在本实施方式中，微型光通道120是与所对应之微透镜110与光感测器124在垂直投影方向Z上对准，并且微型光通道120与微透镜110以及光感测器124皆直接相连。此外，如上文所述，微透镜110的材料可包括低折射系数材料。微型光通道120的深宽比范围为0.5至50，且其侧壁1201可选择性地具有环状纹路，其中环状纹路的剖面形状包括扇贝形。微型光通道120的剖面形状可如第7图所示而包括柱状、漏斗状、锥状、多柱状、含辅助准直结构之柱状或具复合内径之柱状。虽然在第14图中，微透镜110的宽度与微型光通道120的宽度大致相等，但本发明并不以此为限。在其他实施方式中，微透镜110的宽度可大于或小于微型光通道120的宽度。
请参考第15图，图15是本发明第一实施方式之光学感应模组的剖面示意图。如图15所示，本实施方式另可包括一光学感应模组50，其包括一基底130、一光源132、一框架134、一覆盖层136以及上述的光学感应装置40。光学感应装置40及光源132设置于基底130上。基底130举例可包括硬质基底或印刷电路板(printed circuit board，PCB)。光源132设置于光学感应装置40的一侧，且其可包括发光二极体如共振腔发光二极体(RC-LED)。光源132所产生之光线可包括(但不限于)近红外线的光线，其波长可例如为约580纳米至约1040纳米，较佳可为约940纳米。框架134可设置于光学感应装置40的至少一侧，并例如可包围光学感应装置40。覆盖层136设置于光学感应装置40上，邻近于微透镜110，使得光学感应装置40位于覆盖层136与基底130之间。本实施方式的覆盖层136覆盖光源132、光学感应装置40以及框架134，以保护上述元件。覆盖层136可包括玻璃盖板(cover glass)，但不以此为限。
当一物体(例如手指)60接触覆盖层136时，光源132所发出的光线穿过覆盖层136至物体60的表面，会产生朝下方光学感应装置40前进的反射光线。举例而言，由物体60表面上的一位置X所反射的光线L1，虽然行进方向并不直接朝向下方对应的光感测器124，但由于偏离的角度不大，透过微透镜110折射仍可到达对应的光感测器124。此外，由位置X所反射的另一光线L2，其偏离的角度大于光线L1。不同于光线L1，光线L2是被相邻微透镜110之间的抑光镀膜144往覆盖层136再次反射，以避免具穿透性之近红外线波长的光线L2被邻近的光感测器124所吸收，进而改善跨越干扰问题。另一方面，当另一位置Y产生一大角度的反射光线L3而进入对应于位置X的微透镜110时，光线L3会以对应的大角度而于该微透镜110中折射，并于后续以大于特定入射角度之方式接触微型光通道120的侧壁1201，而被侧壁1201上的环状纹路往覆盖层136再次反射，以避免光感测器124吸收非对应物体60位置之反射光线而产生误判。上述的特定入射角度可例如是与环状纹路的形状有关。另外，上述光线传递限制原理并不限于适用经物体60表面所反射的光线，亦可适用于环境中的光线。举例而言，设置于第二基底112两侧的图案化抑光镀膜144、146即可降低光感测器124周围环境中光线的干扰。
综上，本实施方式微透镜110与微型光通道120的设计可提高接触物体60上之特定区域(如位置X)之光线透过对应的微透镜110聚焦成束穿过对应的微型光通道120之比例，进而分别针对各特定区域进行成像(如指纹成像)。环状纹路的设计可减少特定区域外之光线对于对应的光感测器124造成信号干扰。此外，抑光镀膜144、146可避免光感测器124受到反射光线或环境光线的光绕射或光散射等干扰。
本发明之光学元件及其制作方法并不以上述实施方式为限。下文将继续揭示本发明之其它实施方式，然而为了简化说明并突显各实施方式之间的差异，下文中使用相同标号标注相同元件，并不再对重覆部分作赘述。
请参阅图16至图17，图16至图17是本发明一种光学元件的制作方法的第二实施方式的微透镜层的形成方法的流程示意图。在本实施方式形成一微透镜层10B的方法中，从提供第一基底100至形成第一膜层106的步骤与第一实施方式相同(如图1至图2所示)。如图16所示，本实施方式与第一实施方式不同的地方在于，本实施方式于共形地形成一层第一膜层106后，另于其上形成多个第一膜层106，这些第一膜层106所组成之一叠层106S填满凹槽104以形成微透镜110。第一膜层106的材料可包括高折射系数材料，其折射系数的范围为1.5至4.5。举例而言，第一膜层106的材料可包括非晶矽，但不以此为限。相比较于习知的微透镜通常是由高分子材料所制成，本实施方式之微透镜110的材料为非晶矽，其可具有较佳的耐热性(heat resistance)，能够承受本实施方式制作方法中所产生的热。另外，本实施方式的微透镜110是由高折射系数材料所形成，藉此本实施方式之微透镜110相比较于第一实施方式可具有较短的焦距(focal length)，而可缩短第13图中光感测器124与微透镜110之间的距离，进而缩小光学感应装置40的厚度。此外，如第17图所示，在形成多层第一膜层106之后，可对叠层106S远离基底100的一表面(即图16中的上表面)进行一平坦化制程138。平坦的表面对于微透镜110有利于后续与其他基底接合。如此，即形成本发明第二实施方式之微透镜层10B。
请参阅图18至图20，图18至图20是本发明一种光学元件的制作方法的第二实施方式的微型光通道层的形成方法的流程示意图。在本实施方式形成一微型光通道层20B的方法中，从提供第二基底112至形成微型光通道120的步骤与第一实施方式相同(如图4至图6所示)。如图18所示，本实施方式与第一实施方式不同的地方在于，本实施方式在剥离图案化遮罩层116后(亦即在深蚀刻制程118后)，提供一承载基底140，并将第二基底112之第一表面1121藉由黏着层142与承载基底140接合，本实施方式的承载基底140可包括硬质基底，但不以此为限。接著，对相反于第一表面1121之第二基底112的第二表面1122进行薄化制程122，移除第二基底112的第二表面1122一侧的部分第二基底112，以暴露出微型光通道120并使得微型光通道120贯穿第二基底112，如图19所示。本实施方式的薄化制程122可包括研磨制程，但不以此为限。接著，如图20所示，移除承载基底140并一并移除黏着层142而形成本实施方式之微型光通道层20B。
请参阅图21至图22，图21至图22是本发明一种光学元件的制作方法的第二实施方式的第一接合制程的流程示意图。为了图示的简洁，图21与图22仅绘出三个微透镜110与三个微型光通道120作为示意，但其数量并不以此为限。如图21所示，进行第一接合制程，以第一基底100之表面1001面对第二基底112之第一表面1121的方式，使微透镜层10B接合至微型光通道层20B上，使得微透镜110与微型光通道120在垂直投影方向Z上互相对应。接著，移除微透镜层10B中的第一基底100。本实施方式是对相反于表面1001之第一基底100的另一表面1002进行蚀刻制程，以移除第一基底100(如玻璃基底)并暴露出微透镜110，如图22所示。换言之，本实施方式的薄化制程122是在移除微透镜层10B中的第一基底100之前进行。接著，如同第一实施方式所述，可在第二基底112于垂直投影方向Z上的两侧分别形成图案化抑光镀膜144、146，藉此以形成本实施方式的光学元件25。此外，本实施方式后续的第二接合制程与第一实施方式相同，在此不再赘述。
以上不同实施方式中微透镜层的形成方法以及微型光通道层的形成方法可互相置换而重新搭配。举例而言，第一实施方式之微透镜层的形成方法可与第二实施方式之微型光通道层的形成方法以及第一接合制程搭配，而第二实施方式之微透镜层的形成方法可与第一实施方式之微型光通道层的形成方法以及第一接合制程搭配。
综上所述，本发明通过半导体制程或微机电技术可制作晶圆级微透镜阵列及晶圆级微光通道阵列，以制作具有微型光学式指纹识别功能的光学感应装置。本发明的制作方法可达到习知成形制程或机械加工尚无法达到的对位精准度，并可依此制作出小尺寸的光学元件，更可通过本发明微透镜的成像技术，使得本发明的光学感应装置可应用于智能手机前方指纹识别系统，且不需在智能手机前方玻璃开孔即可进行光学式指纹识别。另一方面，本发明通过半导体制程或微机电技术可实现批量制作并大量生产光学元件及光学感应装置的优势。
以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (20)

1.一种光学元件的制作方法，其特征在于，包括：
形成一微透镜层，其中所述微透镜层包括一微透镜与一第一基底，且所述微透镜设置于所述第一基底的一表面；
形成一微型光通道层，其中所述微型光通道层包括一微型光通道与一第二基底，且所述微型光通道设置于所述第二基底的第一表面；
进行一接合制程，以所述第一基底的所述表面面对所述第二基底的所述第一表面的方式，使所述微透镜层接合至所述微型光通道层上，使得所述微透镜与所述微型光通道在垂直于所述第二基底的所述第一表面的一垂直投影方向上互相对应；以及
移除所述微透镜层中的所述第一基底。
2.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述形成所述微透镜层的步骤包括：
提供所述第一基底；
于所述第一基底的所述表面形成一凹槽；
于所述凹槽及所述第一基底的所述表面上共形地形成一第一膜层；以及
于所述第一膜层上形成一第二膜层，其中所述第二膜层填满所述凹槽以形成所述微透镜，且所述第二膜层的材料包括低折射率系数材料。
3.根据权利要求2所述的制作方法，其特征在于，还包括：在移除所述微透镜层中的所述第一基底之后，移除所述第一膜层。
4.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述形成所述微透镜层包括：
提供所述第一基底；
于所述第一基底的所述表面形成一凹槽；以及
于所述凹槽及所述第一基底的所述表面上形成多个第一膜层，其中所述多个第一膜层填满所述凹槽以形成所述微透镜，且所述多个第一膜层的材料包括高折射率系数材料。
5.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述形成所述微型光通道层包括：
提供所述第二基底；以及
于所述第二基底的所述第一表面进行一深蚀刻制程，以形成所述微型光通道。
6.根据权利要求5所述的制作方法，其特征在于，还包括：在进行所述接合制程之后，对相反于所述第一表面的所述第二基底的第二表面进行一薄化制程，以暴露出所述微型光通道并使得所述微型光通道贯穿所述第二基底，其中所述薄化制程在移除所述微透镜层中的所述第一基底之前进行，或在移除所述微透镜层中的所述第一基底之后进行。
7.根据权利要求5所述的制作方法，其特征在于，所述形成所述微型光通道层的步骤还包括：
在所述深蚀刻制程之后，提供一承载基底，并将所述第二基底的所述第一表面与所述承载基底接合；
对相反于所述第一表面的所述第二基底的第二表面进行一薄化制程，以暴露出所述微型光通道并使得所述微型光通道贯穿所述第二基底；以及
移除所述承载基底。
8.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，还包括：在移除所述微透镜层中的所述第一基底之后，在所述第二基底于所述垂直投影方向上的两侧表面分别形成一图案化抑光镀膜，其中所述图案化抑光镀膜暴露出所述微透镜或所述微型光通道。
9.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述微型光通道的一侧壁具有一环状纹路，且所述环状纹路的一剖面形状包括一扇贝性。
10.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述微型光通道的一深宽比范围为0.5至50。
11.根据权利要求1所述的制作方法，所述第一基底包括一玻璃基底，所述第二基底包括一矽晶圆。
12.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述微透镜层包括多个微透镜，所述多个微透镜是以阵列方式设置于所述第一基底的所述表面，而所述微型光通道层包括多个微型光通道，且所述多个微型光通道是以阵列方式设置于所述第二基底的所述第一表面。
13.根据权利要求12所述的制作方法，其特征在于，在进行完所述接合制程之后，各所述微型光通道在所述垂直投影方向上分别对应所述多个微透镜的其中之一。
14.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述接合制程包括胶黏接合、聚合物键合、金属共晶键合、化学介质层共熔键合、表面活化低温晶圆接合、阳极接合或焊接。
15.一种光学感应装置，其特征在于，包括：
一光感测器，其中所述光感测器的宽度范围是10至100微米；
一微型光通道层，包括一微型光通道与一基底，其中所述微型光通道沿垂直于所述基底的一表面的一垂直投影方向贯穿所述基底；以及
一微透镜，其中所述微型光通道设置于所述微透镜与所述光感测器之间，且所述微透镜、所述微型光通道与所述光感测器在所述垂直投影方向上互相对应。
16.根据权利要求15所述的光学感应装置，其特征在于，所述微型光通道的一侧壁具有环形纹路，且所述环形纹路的一剖面形状包括一扇贝形。
17.根据权利要求15所述的光学感应装置，其特征在于，所述微型光通道的一剖面形状包括柱状、漏斗状、锥状、多柱状、含辅助准直结构的柱状或具复合内径的柱状。
18.根据权利要求15所述的光学感应装置，其特征在于，所述微型光通道的一深宽比范围为0.5至于50。
19.根据权利要求15所述的光学感应装置，其特征在于，还包括多个图案化抑光镀膜分别设置于所述微型光通道层的两侧，其中所述多个图案化抑光镀膜暴露出所述微透镜与所述微型光通道。
20.根据权利要求15所述的光学感应装置，其特征在于，还包括多个光感测器与多个微透镜，其中所述微型光通道层包括多个微型光通道，且各所述微型光通道在所述垂直投影方向上分别对应所述多个微透镜的其中之一以及所述多个光感测器的其中之一。
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